用单片机控制步进电机
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构, 它的用途是将电脉冲转化为角位移, 通俗 地说: 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(及步进角) .通过控制脉冲个数即可以控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同 时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.
一,步进电机常识
常见的步进电机分三种:永磁式(PM) ,反应式(VR)和混合式(HB) ,永磁式步进 一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为 7.5 度 或 15 度;反应式步进一般为三相,可 实现大转矩输出,步进角一般为 1.5 度,但噪声和振动都很大.在欧美等发达国家 80 年代 已被淘汰;混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点.它又分为两相和五相:两相步进 角一般为 1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度.这种步进电机的应用最为广泛.
二,永磁式步进电机的控制
下面以电子爱好者业余制作中常用的永磁式步进电机为例, 来介绍如何用单片机控制步 进电机. 图 1 是 35BY 型永磁步进电机的外形图,图 2 是该电机的接线图,从图中可以看出,电 机共有四组线圈,四组线圈的一个端点连在一起引出,这样一共有 5 根引出线.要使用步进 电机转动, 只要轮流给各引出端通电即可. COM 端标识为 C, 将 只要 AC, A C, BC,B C, 轮流加电就能驱动步进电机运转,加电的方式可以有多种,如果将 COM 端接正电源,那么 只要用开关元件(如三极管) ,将 A, A ,B, B 轮流接地. 下表列出了该电机的一些典型参数:
表 1 35BY48S03 型步机电机参数 型号 35BY48S03 步距角 7.5 相数 4 电压 12 电流 0.26 电阻 47 最大静转距 180 定位转距 65 转动惯量 2.5
有了这些参数,不难设计出控制电路,因其工作电压为 12V,最大电流为 0.26A,因此 用一块开路输出达林顿驱动器(ULN2003)来作为驱动,通过 P1.4~P1.7 来控制各线圈的接 通与切断,电路如图 3 所示.开机时,P1.4~P1.7 均为高电平,依次将 P1.4~P1.7 切换为低 电平即可驱动步进电机运行, 注意在切换之前将前一个输出引脚变为高电平. 如果要改变电 机的转动速度只要改变两次接通之间的时间, 而要改变电机的转动方向, 只要改变各线圈接 通的顺序.
图1
35BY48S03 型步进电机外形图
图2
35BY48S03 型步进电机的接线图
图3
单片机控制 35BY48S03 型步进电机的电路原理图
三,步进电机的驱动实例
要求:控制电路如图 3 所示,开机后,电机不转,按下启动键,电机旋转,速度为 25 转/分,按下加 1 键,速度增加,按下减 1 键,速度降低,最高速度为 100 转/分,最低转带 为 25 转/分,按下停止键,电机停转.速度值要求在数码管上显示出来. 1.要求分析
按上面的分析,改变转速,只要改变 P1.0~P1.3 轮流变低电平的时间即可达到要求,这 个时间不应采用延时来实现,因为会影响到其他功能的实现.这里以定时的方式来实现.下 面首先计算一下定时时间. 按要求, 最低转速为 25 转/分, 而上述步进电机的步距角为 7.5, 即每 48 个脉冲为 1 周, 即在最低转速时,要求为 1200 脉冲/分,相当于 50ms/脉冲.而在最高转速时,要求为 100 转/分,即 48000 脉冲/分,相当于 12.5ms/脉冲.可以列出下表 表 1 步进电机转速与定时器定时常数关系
速度 25 26 27 28
单步时间(us) TH1 TL1 实际定时(us) 50000 76 0 49996.8 48077 82 236 48074.18 46296 89 86 46292.61 44643 95 73 44640.155
… … … … … 100 12500 211 0 12499.2 表中不仅计算出了 TH1 和 TL1,而且还计算出了在这个定时常数下,真实的定时时间, 可以根据这个计算值来估算真实速度与理论速度的误差值. 表中 TH1 和 TL1 是根据定时时间算出来的定时初值,这里用到的晶振是 11.0592M.有 了上述表格,程序就不难实现了,使用定时/计数器 T1 为定时器,定时时间到后切换输出脚 即可. 2.程序实现 定义 DSB-1A 实验板的 S1 为启动键,S2 为停止键,S3 为加 1 键,S4 为减 1 键,程 序如下: MOV DispBuf+1,A StartEnd bit 01H ;起动及停止标志 MOV DispBuf+2,A MinSpd EQU 25 ;起始转动速度 MaxSpd EQU 100 ;最高转动速度 MOV DjCount,#11110111B Speed DATA 23H ;流动速度计数 MOV SPEED,#MinSpd ;起始转动速 DjCount DATA 24H ;控制电机输出的一 度送入计数器 个值,初始为 11110 111 CLR StartEnd ;停转状态 Hidden EQU 10H ;消隐码 MOV TMOD,#00010001B ; Counter DATA 57H ;显示计数器 MOV TH0,#HIGH(65536-3000) DISPBUF DATA 58H ;显示缓冲区 MOV TL0,#LOW(65536-3000) MOV TH1,#0FFH; ORG 0000H MOV TL1,#0FFH AJMP MAIN SETB TR0 ORG 000BH SETB EA JMP DISP SETB ET0 ORG 001BH SETB ET1 JMP DJZD ORG 30H LOOP: ACALL KEY ;键盘程序 MAIN: JNB F0,m_NEXT1 ;无键继续 MOV SP,#5FH ACALL KEYPROC ;否则调用键盘 MOV P1,#0FFH 处理程序 MOV A,#Hidden m_NEXT1: MOV DispBuf,A

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