51单片机综合学习系统之步进电机控制篇.docx

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1、51单片机综合学习系统之步进电机控制篇大家好，通过以前的学习，我们已经对51单片机综合学习系统的使用方法及学习方式有所了解与熟悉，学会了红外线遥控的基本知识，体会到了综合学习系统的易用性与易学性，这一期我们将一起学习步进电机控制的基本原理与使用方法。 先看一下我们将要使用的51单片机综合学习系统能完成哪些实验与产品开发工作：分别有流水灯，数码管显示，液晶显示，按键开关，蜂鸣器奏乐，继电器控制，IIC总线，SPI总线，PS/2实验，AD模数转换，光耦实验，串口通信，红外线遥控，无线遥控，温度传感，步进电机控制等等。上图是我们将要使用的51单片机综合学习系统硬件平台，本期实验我们用到了综合系统主机

2、、步进电机，综合系统其它功能模块原理与使用详见前几期电子制作杂志及后期连载教程介绍。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各

3、种开环控制。步进电机分类与结构现在比较常用的步进电机分为三种：反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）。本章节以反应式步进电机为例，介绍其基本原理与应用方法。反应式步进电机可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。常用小型步进电机的实物如图1所示。图1步进电机实物图图2 步进电机内部图步进电机现场应用驱动电路综合系统使用的是小型步进电机，对电压和电流要求不是很高，为了说明应用原理，故采用最简单的驱动电路，目的在于验证步进电机的使用，在正式工业控制中还需在此基础上改进。一般的驱动电路

4、可以用图3的形式。图3 一般驱动电路在实际应用中一般驱动路数不止一路，用上图的分立电路体积大，很多场合用现成的集成电路作为多路驱动。常用的小型步进电机驱动电路可以用ULN2003或ULN2803。本书配套实验板上用的是ULN2003。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力，为单片双极型大功率高速集成电路。ULN2003内部结构及等效电路图如图4：图4 ULN2003内部框图及等效电路

5、图ULN2003A型高压大电流达林顿晶体管阵列电路的典型应用电路框图如图5所示。钳位二极管用于保护线圈通断时的反电动势击穿集成电路，可以看出，该电路的应用非常简单。图5 典型应用图步进电机的程序设计实现功能：开发板上电时电机正转，按住51单片机综合学习系统上的按键SW20（P14）时反转。图6 步进电机实验演示图电机正反转的环形脉冲分配表如下：步数P00P01P02P03AB/A/B11100201103001141001表1：正转环形脉冲分配表步数P00P01P02P03AB/A/B11100210013001140110表2：反转环形脉冲分配表硬件原理图图7 硬件原理图程序流程图图8 软件

6、流程图软件代码/*/*杭州晶控电子有限公司*/*/*步进电机演示程序*/*目标器件：AT89S51*/*晶振:11.0592MHZ*/*编译环境：Keil 7.50A*/*/*包含头文件*/#include /*端口定义*/sbit key = P14;/*函数功能:延时子程序入口参数:出口参数:*/void delay(void)int k;for(k=0;k2000;k+);/*函数功能:主程序入口参数:出口参数:*/void main()P0=0x00;/输出全高key=1;/按键置输入状态while(1)/主循环if(key=1)/无键按下正转P0=0xFC;/1100delay();P0=0xF6;/0110delay();P0=0xF3;/0011delay();P0=0xF9;/1001delay();else/有键按下反转P0=0xFC;/1100delay();P0=0xF9;/1001delay();P0=0xF3;/0011delay();P0=0xF6;/0110delay();相信看到这里，你应该可以理解步进电机控制的原理是怎么样的了，你也可以根据自己的需要来设定步进电机的转动轨迹。由于篇幅有限，读者朋友可以通过网站或电子邮件一起交流与学习。在下几期中，我们将陆续介绍51单片机综合学习系统的其它功能原理与应用。