步进电机的控制电路和程序

步进电机的控制电路和程序
  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、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。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
  P00
  P01
  P02
  P03
  A
  B
  /A
  /B
  1
  1
  1
  0
  0
  2
  0
  1
  1
  0
  3
  0
  0
  1
  1
  4
  1
  0
  0
  1
  表1：正转环形脉冲分配表
  
  步数
  P00
  P01
  P02
  P03
  A
  B
  /A
  /B
  1
  1
  1
  0
  0
  2
  1
  0
  0
  1
  3
  0
  0
  1
  1
  4
  0
  1
  1
  0
  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 软件流程图
  软件代码
  /****************************************************/
  /*杭州晶控电子有限公司*/
  /*http://*/
  /*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 <reg51.h>
  /*********************************端口定义**********************************/
  sbit key = P1^4;
  /*************************************************************
  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;k<2000;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;//1100
  delay();
  P0=0xF6;//0110
  delay();
  P0=0xF3;//0011
  delay();
  P0=0xF9;//1001
  delay();
  }
  else//有键按下反转
  {
  P0=0xFC;//1100
  delay();
  P0=0xF9;//1001
  delay();
  P0=0xF3;//0011
  delay();
  P0=0xF6;//0110
  delay();
  }
  }
  }