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數(shù)據(jù)加載中...
     注冊┆登錄┆發(fā)表文章    用單片機控制步進電機     2006-05-30 20:57:32 
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  <冰林轉(zhuǎn)載>
   
   
  步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，通俗地說：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 


  一、步進電機常識
      常見的步進電機分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB），永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 
  或15度；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 
  0.72度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。

  二、永磁式步進電機的控制
      下面以電子愛好者業(yè)余制作中常用的永磁式步進電機為例，來介紹如何用單片機控制步進電機。
      
  圖1是35BY型永磁步進電機的外形圖，圖2是該電機的接線圖，從圖中可以看出，電機共有四組線圈，四組線圈的一個端點連在一起引出，這樣一共有5根引出線。要使用步進電機轉(zhuǎn)動，只要輪流給各引出端通電即可。將COM端標識為C，只要AC、 
  C、BC、 C，輪流加電就能驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，加電的方式可以有多種，如果將COM端接正電源，那么只要用開關(guān)元件（如三極管），將A、 、B、 輪流接地。
      下表列出了該電機的一些典型參數(shù)：
  表1　35BY48S03型步機電機參數(shù)
  型號 步距角 相數(shù) 電壓 電流 電阻 最大靜轉(zhuǎn)距 定位轉(zhuǎn)距 轉(zhuǎn)動慣量
  35BY48S03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5
      
  有了這些參數(shù)，不難設(shè)計出控制電路，因其工作電壓為12V，最大電流為0.26A，因此用一塊開路輸出達林頓驅(qū)動器（ULN2003）來作為驅(qū)動，通過P1.4~P1.7來控制各線圈的接通與切斷，電路如圖3所示。開機時，P1.4~P1.7均為高電平，依次將P1.4~P1.7切換為低電平即可驅(qū)動步進電機運行，注意在切換之前將前一個輸出引腳變?yōu)楦唠娖健Ｈ绻淖冸姍C的轉(zhuǎn)動速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機的轉(zhuǎn)動方向，只要改變各線圈接通的順序。
  三、步進電機的驅(qū)動實例
      
  要求：控制電路如圖3所示，開機后，電機不轉(zhuǎn)，按下啟動鍵，電機旋轉(zhuǎn)，速度為25轉(zhuǎn)/分，按下加1鍵，速度增加，按下減1鍵，速度降低，最高速度為100轉(zhuǎn)/分，最低轉(zhuǎn)帶為25轉(zhuǎn)/分，按下停止鍵，電機停轉(zhuǎn)。速度值要求在數(shù)碼管上顯示出來。

  1．要求分析
      
  按上面的分析，改變轉(zhuǎn)速，只要改變P1.0~P1.3輪流變低電平的時間即可達到要求，這個時間不應(yīng)采用延時來實現(xiàn)，因為會影響到其他功能的實現(xiàn)。這里以定時的方式來實現(xiàn)。下面首先計算一下定時時間。
  按要求，最低轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分，而上述步進電機的步距角為7.5，即每48個脈沖為1周，即在最低轉(zhuǎn)速時，要求為1200脈沖/分，相當于50ms/脈沖。而在最高轉(zhuǎn)速時，要求為100轉(zhuǎn)/分，即48000脈沖/分，相當于12.5ms/脈沖。可以列出下表
  表1　步進電機轉(zhuǎn)速與定時器定時常數(shù)關(guān)系
  速度 單步時間(us) TH1 TL1 實際定時（us）
  25 50000 76 0 49996.8
  26 48077 82 236 48074.18
  27 46296 89 86 46292.61
  28 44643 95 73 44640.155
  … … … … …
  100 12500 211 0 12499.2
      表中不僅計算出了TH1和TL1，而且還計算出了在這個定時常數(shù)下，真實的定時時間，可以根據(jù)這個計算值來估算真實速度與理論速度的誤差值。
  表中TH1和TL1是根據(jù)定時時間算出來的定時初值，這里用到的晶振是11.0592M。有了上述表格，程序就不難實現(xiàn)了，使用定時/計數(shù)器T1為定時器，定時時間到后切換輸出腳即可。

  2．程序?qū)崿F(xiàn)
      定義DSB－1A實驗板的S1為啟動鍵，S2為停止鍵，S3為加1鍵，S4為減1鍵，程序如下：
   
  StartEnd bit  01H ;起動及停止標志
  MinSpd  EQU 25  ;起始轉(zhuǎn)動速度
  MaxSpd   EQU 100 ;最高轉(zhuǎn)動速度
  Speed  DATA 23H ;流動速度計數(shù)
  DjCount  DATA 24H ;控制電機輸出的一個值，初始為11110 111
  Hidden EQU 10H ;消隱碼
  Counter DATA 57H ;顯示計數(shù)器
  DISPBUF DATA 58H ;顯示緩沖區(qū)

      ORG    0000H
      AJMP   MAIN
  ORG 000BH
  JMP DISP
  ORG 001BH
  JMP DJZD
      ORG     30H
  MAIN:   
      MOV   SP,#5FH
      MOV   P1,#0FFH
  MOV A,#Hidden
  MOV DispBuf,A
  MOV DispBuf+1,A
  MOV DispBuf+2,A

  MOV DjCount,#11110111B
      MOV   SPEED,#MinSpd ;起始轉(zhuǎn)動速度送入計數(shù)器
      CLR    StartEnd ;停轉(zhuǎn)狀態(tài)
  MOV TMOD,#00010001B ;
  MOV TH0,#HIGH(65536-3000)
  MOV TL0,#LOW(65536-3000)
  MOV TH1,#0FFH;
  MOV TL1,#0FFH
  SETB TR0
  SETB EA
  SETB ET0
  SETB ET1

  LOOP:  ACALL   KEY   ;鍵盤程序
      JNB     F0,m_NEXT1 ;無鍵繼續(xù)
      ACALL   KEYPROC  ;否則調(diào)用鍵盤處理程序
  m_NEXT1:
  MOV A,Speed
  MOV B,#10
  DIV AB
  MOV DispBuf+5,B ;最低位
  MOV B,#10
  DIV AB
  MOV DispBuf+4,B
  MOV DispBuf+3,A
  JB StartEnd,m_Next2
  CLR TR1 ;關(guān)閉電機
  JMP LOOP
  ORL P1,#11110000B
  m_Next2:
  SETB TR1 ;啟動電機
      AJMP   LOOP  ;主程序結(jié)束
  ;---------------------------------------
  D10ms:  
  ……
  ;---------延時程序,鍵盤處理中調(diào)用
  KEYPROC:
      MOV     A,B  ;獲取鍵值
      JB      ACC.2,StartStop  ;分析鍵的代碼,某位被按下,則該位為1
      JB      ACC.3,KeySty
      JB      ACC.4,UpSpd
      JB      ACC.5,DowSpd
      AJMP    KEY_RET
  StartStop:
      SETB StartEnd    ;啟動
      AJMP    KEY_RET
  KeySty:  
  CLR StartEnd; ;停止
      AJMP    KEY_RET
  UpSpd:
      INC     SPEED;
      MOV    A,SPEED
      CJNE    A,#MaxSpd,K1 ;到了最多的次數(shù)？
      DEC     SPEED ;是則減去1，保證下次仍為該值
  K1:
      AJMP    KEY_RET
  DowSpd:
      DEC     SPEED
      MOV     A,SPEED
      CJNE    A,#MAXSPD,KEY_RET ;不等（未到最大值），返回
  MOV SPEED,#MinSpd;
  KEY_RET:
      RET

  KEY:    
  ……獲取鍵值的程序
      RET

  DjZd: ;定時器T1用于電機轉(zhuǎn)速控制
  PUSH ACC
  PUSH PSW
  MOV A,Speed
  SUBB A,#MinSpd ;減基準數(shù)
  MOV DPTR,#DjH
  MOVC A,@A+DPTR
  MOV TH1,A
  MOV A,Speed
  SUBB A,#MinSpd
  MOV DPTR,#DjL
  MOVC A,@A+DPTR
  MOV TL1,A
  MOV A,DjCount
  CPL A
  ORL P1,A
  MOV A,DjCount
  JNB ACC.7,d_Next1
  JMP d_Next2
  d_Next1:
  MOV DjCount,#11110111B
  d_Next2:
  MOV A,DjCount
  RL A
  MOV DjCount,A ;回存
  ANL P1,A
  POP PSW
  POP ACC
  RETI

  DjH: DB 76,82,89,95,100,106,110,115,119,123,12……
  DjL: DB 0,236,86,73,212,0,214,96,163,165
  ……

  DISP: ;顯示程序
  POP PSW
  POP ACC
  ……
  RETI
  BitTab: DB 7Fh,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH
  DISPTAB:DB 
  0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH
  END 

  3．程序分析
      
  本程序主要由鍵盤程序、顯示器程序、步進電機驅(qū)動程序三部份組成，主程序首先初始化各變量，將顯示器的高3位消隱，步進電機驅(qū)動的各引腳均輸出高電平，然后調(diào)用鍵盤程序，并作判斷，如果有鍵按下，則調(diào)用鍵盤處理程序，否則直接轉(zhuǎn)下一步。下一步是將當前的轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換為BCD碼，送入顯示緩沖區(qū)；接著判斷StartEnd這個位變量，是“1”還是“0”，如果是“1”，則開啟定時器T1，否則關(guān)閉定時器T1，為防止關(guān)閉時某一相線圈長期通電，因此，在關(guān)閉定時器T1時，將P1.0~P1.3均置高。至此，主程序的工作即結(jié)束。這里為簡便起見，這里沒有做高位“0”消隱的工作，即如果速度為10轉(zhuǎn)/分，則顯示值“010”，讀者可以自行加入相關(guān)的代碼來處理這一工作。
      
  步進電機的驅(qū)動工作是在定時器T1的中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)的，由前述分析，每次的定時時間到達以后，需要將P1.0~P1.3依次接通，程度中用了一個變量DjCntr來實現(xiàn)這一功能，在主程序初始化時，該變量被賦予初值11110111B，進入到定時中斷以后，將該變量取出送ACC累加器，并在累加器中進行左移，這樣，該數(shù)值就變?yōu)?110 
  1111，然后將該數(shù)與P1相“與”，此時，P1.4即輸出低電平，第二次進入中斷時，先將該數(shù)取反，成為 
  0001　0000，然后將該數(shù)與P1相“或”，這樣，P1.4即輸出高電平，關(guān)斷了相應(yīng)的線圈，然后將該數(shù)重新取出，并作左移，即　1110，1111右移成為1101　1111，將該數(shù)與P1相“與”，這樣P1.5即輸出低電平，依次類推，P1.7~P1.4即循環(huán)輸出低電平。當這一數(shù)據(jù)變?yōu)?111 
  1111后，需要作適當?shù)母膭樱瑢?shù)據(jù)重新變回　1111　0111，進行第二次循環(huán)，相關(guān)代碼，請讀者自行分析。
      
  定時時間又是如何確定的呢？這里用的是查表的方法，首先用Excel計算得出在每一種轉(zhuǎn)速下的TH值和TL值，然后，分別放入DjH和DjL表中，在進入T1中斷程序之后，將速度值變量Speed送入累加器ACC，然后減去基數(shù)25，使其基數(shù)從0開始計數(shù)，然后分別查表，送入TH1和TL1，實現(xiàn)重置定時初值的目的。
  看完這一部份內(nèi)容以后，請讀者自行完成以下工作：

  1．更改程序，將S1定義為“啟動/停止”，而S2定義為“方向”，按下S2，切換電機旋轉(zhuǎn)方向。

  2． 更改程序，要求轉(zhuǎn)速從1到100。

  3． 更改程序，實現(xiàn)首位無效零消隱
  文章引用自：http://www.yqxmcu.com/Html/wangyoubenzhanDIY/064210842375370_3.htm 
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