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步进电机的控制电路和程序

作者:dolphin时间:2011-07-20浏览次数:9660

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。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://www.hificat.com*/

/*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;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;//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();


关键词: 步进 电机 控制 程序

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