步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制

1、本設(shè)計(jì)采用凌陽(yáng)16 位單片機(jī)SPCE061A對(duì)步00進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)IO口輸出的具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片L298N驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；同時(shí)，用4X4的鍵盤來(lái)對(duì)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，并用數(shù)碼管顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，采用74LS164作為4位單個(gè)數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)，從單片機(jī)輸入信號(hào)；利用凌陽(yáng)單片機(jī)的語(yǔ)音功能播報(bào)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 作者：李通 劉志垠摘要：本設(shè)計(jì)采用凌陽(yáng)16 位單片機(jī)SPCE061A對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)IO口輸出的具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片L298N驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；同時(shí)，用 4X4的鍵盤來(lái)對(duì)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，并用數(shù)碼管顯示電機(jī)

2、的轉(zhuǎn)速，采用74LS164作為4位單個(gè)數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)，從單片機(jī)輸入信號(hào)；利用凌陽(yáng)單片機(jī)的語(yǔ)音功能播報(bào)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī) 數(shù)碼管一、 方案論證與比較1、 本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)中受控電機(jī)為四相六線制的步進(jìn)電機(jī)（內(nèi)阻33歐，步進(jìn)1.8度，額定電壓12V）方案一：使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對(duì)四路信號(hào)分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來(lái)會(huì)不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。方案二：使用L298N芯

3、片驅(qū)動(dòng)電機(jī)L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)（如圖11），也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。圖11通過(guò)比較，使用L298N芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，且價(jià)格不高，故選用L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)。而使用L298N時(shí)，可以用L297來(lái)提供時(shí)序信號(hào)，可以節(jié)省單片機(jī)IO口的使用；也可以直接用單片機(jī)模擬出時(shí)序信號(hào)，由于控制并不復(fù)雜，故選用后者。2、 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)方案一：串行接法設(shè)計(jì)中要顯示4位數(shù)字，用74LS164作為顯示驅(qū)動(dòng)，其中帶鎖存，使用串行接法可以節(jié)約IO口資源，但要使

4、用SIO，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)容易控制。 方案二：并行接法使用并行接法時(shí)要對(duì)每個(gè)數(shù)碼管用IO口單獨(dú)輸入數(shù)據(jù)，占用資源較多。由于設(shè)計(jì)中用一塊單片機(jī)進(jìn)行控制，資源有限，選擇了方案一。另外，使用鎖存也起到節(jié)約資源的作用。二、步進(jìn)電機(jī)控制原理步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱HB）。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路

5、根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：(1)控制換相順序通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-CD,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。三、理論設(shè)計(jì)綜和以上選取的方案，總的流程如圖32所示。圖311、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

6、電路通過(guò)L298N構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路,電路圖如圖32所示。通過(guò)單片機(jī)SPCE061A的IOB8IOB13對(duì)L298N的IN1IN4口和ENA、ENB口發(fā)送方波脈沖信號(hào)，起時(shí)序圖如圖33所示。圖32圖332、數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)使用74LS164，通過(guò)SPCE061A的IOB0和IOB1口對(duì)DATA和CLK發(fā)送數(shù)據(jù)。圖343、4x4鍵盤電路在設(shè)計(jì)中，使用了標(biāo)準(zhǔn)的4x4鍵盤，其電路圖如圖35所示。單片機(jī)的A口低8位為鍵盤的接口。盡管設(shè)計(jì)要求中只需要4個(gè)鍵對(duì)步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，但考慮到對(duì)控制功能的擴(kuò)展，我們使用了4x4的鍵盤。圖35四、程序設(shè)計(jì)在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要分為

7、五個(gè)部分：雙機(jī)通訊、語(yǔ)音報(bào)數(shù)、數(shù)字顯示、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、鍵盤；其中雙機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn)和語(yǔ)音報(bào)時(shí)比較有特點(diǎn)，將其流程簡(jiǎn)要介紹如下，其他部分見(jiàn)附的程序。1、雙機(jī)通訊圖41我們?cè)趯?shí)現(xiàn)雙機(jī)通訊的過(guò)程中使用了“三次握手”的方式，這是Intle網(wǎng)中成用的數(shù)據(jù)通訊確認(rèn)協(xié)議，其流程圖如圖41所示。2、語(yǔ)音報(bào)數(shù)程序設(shè)計(jì)中語(yǔ)音報(bào)數(shù)使用的是SACMA2000，考慮到程序比較簡(jiǎn)單，首先使用了自動(dòng)報(bào)數(shù)方式，但發(fā)現(xiàn)不能進(jìn)行連續(xù)報(bào)數(shù)，于是使用了非自動(dòng)方式，流程圖如圖42所示。圖42五、結(jié)果分析與總結(jié)應(yīng)該說(shuō)這次課程設(shè)計(jì)還是基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，但是也存在著未能解決的問(wèn)題，由于在執(zhí)行語(yǔ)音程序時(shí)對(duì)資源的消耗比較大，在語(yǔ)音報(bào)數(shù)的時(shí)候會(huì)中

8、斷步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，導(dǎo)致電機(jī)停轉(zhuǎn)。為此，我們修改了方案，使用了兩塊單片機(jī)，通過(guò)雙機(jī)通訊來(lái)傳遞信號(hào)，遺憾的是問(wèn)題仍然沒(méi)有得到解決。這次步進(jìn)電機(jī)的綜合實(shí)驗(yàn)我們學(xué)到了步進(jìn)電機(jī)、數(shù)碼管、4*4鍵盤、語(yǔ)音報(bào)數(shù)和雙機(jī)通訊的使用，更重要的是學(xué)會(huì)了程序出問(wèn)題時(shí)調(diào)試的方法，并養(yǎng)成了Debug的習(xí)慣，學(xué)到了程序出問(wèn)題后怎樣去解決的基本方法。參考文獻(xiàn)：1謝自美電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試（第二版）M武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000.2薛鈞義，張彥斌，樊波等凌陽(yáng)十六位單片機(jī)原理及應(yīng)用M北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003HH204步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路在復(fù)費(fèi)率計(jì)度器上的應(yīng)用The application of HH2

9、04 (step motor drive circuit) to multiple-expenses power meter上海華暉自控設(shè)備有限公司 陳輝隨著復(fù)費(fèi)率電表在全國(guó)電網(wǎng)的大面積普及，對(duì)復(fù)費(fèi)率計(jì)度器的性價(jià)比提出越來(lái)越高的要求。低價(jià)格的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片HH204能夠可靠的應(yīng)用于復(fù)費(fèi)率計(jì)度器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)力矩、控制信號(hào)的靈活性上優(yōu)于市場(chǎng)上的其他芯片。一塊HH204電路內(nèi)含四路H橋可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)或者二個(gè)二相步進(jìn)電機(jī)，所以一塊HH204電路可以完成復(fù)費(fèi)率電機(jī)的二個(gè)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。With the widely use of multiple-expenses power

10、meter, users have put much higher requirements on its performance and price. HH204, low price chip for step motor drive, can be applied to the multiple-expenses power meter with high reliability. The drive moment and the agility of controlling signal of HH204 overmatched any other chips being launch

11、ed in the market.One HH204 circuit, including 4 H bridges, is able to drive one four-phase step motor or two two-phase step motors, so one HH204 can perform the function of two step motors drive circuit.HH204用作復(fù)費(fèi)率電表二相四拍步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)，每個(gè)步進(jìn)電機(jī)僅需要CPU提供三個(gè)I/O口，二個(gè)步進(jìn)電機(jī)共需CPU提供六個(gè)I/O口，但可以利用 HH2041、7與11、17腳使能輸入端的控制，

12、將二電機(jī)的相同繞組的輸入端分別并聯(lián)（見(jiàn)圖1），這樣僅用四根MCU的I/O端口就可控制二只步進(jìn)電機(jī)的分別運(yùn)轉(zhuǎn)。以市場(chǎng)上大量銷售的TJD-1計(jì)度器為例，當(dāng)二組方向輸入端口的狀態(tài)每改變四次，刻度就走進(jìn)0.01度電量。這方案比帶高價(jià)專用IC芯片的計(jì)度器僅多用了一根MCU的I/O口線，但價(jià)格上最起碼下降了30%以上，對(duì)電表廠家來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常重要的選擇。下面給出用C51編寫的復(fù)費(fèi)率計(jì)度器驅(qū)動(dòng)程序。電表常數(shù)選用了3200p/kwh,用T0計(jì)數(shù)方式，T0對(duì)電能計(jì)量芯片的CF腳進(jìn)行計(jì)數(shù)，滿32只脈沖時(shí)，使計(jì)度器前進(jìn)0.01度。當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，響應(yīng)中斷。用戶只需根據(jù)硬件情況，稍加修改就可移植到PIC、TI等其

13、它公司的單片機(jī)上。When HH204 is used as the chip for two-phase four steps stepper motor in multiple-expenses power meter, each stepper motor only needs three I/O ports. However, if we paralleled connect two groups of direction input ports to control EN pin 1,7 and EN pin 11, 17, we are only need 4 MCU I/O po

14、rts to control two stepper motors respectively. Take the TJD-1 as instance, when the state of the two groups of direction ports are changed four times, the scale will forward 0.01. This plan uses one more MCU I/O line but with cost drop at least 30% than uses specialized IC chip.The following is the

15、 drive program of multiple-expenses power meter in C51 language.#include "reg51.h"sbit EN1=P17;/P17使能平電機(jī)控制 peak period motor controlsbit EN2=P16;/P16使能谷電機(jī)控制 valley period motor controlsbit D1= P15;/電機(jī)數(shù)字碼 motor digital codesbit D2= P14;/電機(jī)數(shù)字碼 motor digital code unsigned int tnum;void turn_s

16、tep(bit tim,bit backflag);/函數(shù)定義 function definitionvoid turn(bit tim,bit backflag); /函數(shù)定義 function definition void tint() interrupt 1 / time0計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序 count interrupt service routine TR0=0; turn_step(0,1); turn_step(0,1); turn_step(0,1); turn_step(0,1); /使平電機(jī)反轉(zhuǎn)0.01度 enable motor which controls peak p

17、eriod to reverse 0.01 degree TH0=0xff; TL0=0xe0; /32個(gè)脈沖中斷一次 32 pulses interrupt once TR0=1; /-void turn_step(bit tim,bit backflag) / 電機(jī)走一拍，計(jì)度器走4拍等于0.01度電 /tim 表示電機(jī)的選擇 tim=1表示平 motor forwards one step and counter forwards 4 steps, then represents 0.01 watt tim represents the choice of motor tim=1 rep

18、resents the flat unsigned int i; /backflag=1表示反轉(zhuǎn) represents reverse unsigned char ka; if(D1=1 && D2=0) ka=1; else if(D1=1 && D2=1) ka=2; else if(D1=0 && D2=1) ka=3; else if(D1=0 && D2=0) ka=4; /判斷電機(jī)電極位置 judge the electrode position of motor if(tim=1) EN1=0; else EN2=0

19、; /判斷平谷 judge rush-hour or flat-hour period if(backflag=1) switch(ka) case 1: D1=1; D2=1; for(i=0;i<1000;i+); break;/2 case 2: D1=0; D2=1; for(i=0;i<1000;i+); break;/3 case 3: D1=0; D2=0; for(i=0;i<1000;i+); break;/4 case 4: D1=1; D2=0; for(i=0;i<1000;i+); break;/1 else switch(ka) case 1: D1=0; D2=0; for(i=0;i<1000;i+); break; /4 case 2: D1=1; D2=0; for(i=0;i<1000;i+); break; /1 case 3: D1=1; D2=1; for(i=0;i<1000;i+); break; /2 case 4: D1=0; D2=1; for(i=0;i<1000;i+); break; /3 EN1=1; EN2=1; /*void turn(bit pin,bi