| 步進電機是機電控制中一種常用的執行機構，它的用途是將電脈沖轉化為角位移，通俗地說：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。通過控制脈沖個數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動的速度和加速度，從而達到調速的目的。
一、步進電機常識
常見的步進電機分三種：永磁式（PM），反應式（VR）和混合式（HB），永磁式步進一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應式步進一般為三相，可實現大轉矩輸出，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式的優點。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，輪流加電就能驅動步進電機運轉，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：
表1 35BY48S03型步機電機參數
型號 步距角 相數 電壓 電流 電阻 最大靜轉距 定位轉距 轉動慣量
35BY48S03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5
有了這些參數，不難設計出控制電路，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動器（ULN2003）來作為驅動，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動步進電機運行，注意在切換之前將前一個輸出引腳變為高電平。如果要改變電機的轉動速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機的轉動方向，只要改變各線圈接通的順序。
圖1 35BY48S03型步進電機外形圖
圖2 35BY48S03型步進電機的接線圖
圖3 單片機控制35BY48S03型步進電機的電路原理圖
三、步進電機的驅動實例
要求：控制電路如圖3所示，開機后，電機不轉，按下啟動鍵，電機旋轉，速度為25轉/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/分，最低轉帶為25轉/分，按下停止鍵，電機停轉。速度值要求在數碼管上顯示出來。
1．要求分析
按上面的分析，改變轉速，只要改變P1.0~P1.3輪流變低電平的時間即可達到要求，這個時間不應采用延時來實現，因為會影響到其他功能的實現。這里以定時的方式來實現。下面首先計算一下定時時間。
按要求，最低轉速為25轉/分，而上述步進電機的步距角為7.5，即每48個脈沖為1周，即在最低轉速時，要求為1200脈沖/分，相當于50ms/脈沖。而在最高轉速時，要求為100轉/分，即48000脈沖/分，相當于12.5ms/脈沖�？梢粤谐鱿卤�
表1 步進電機轉速與定時器定時常數關系
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下，真實的定時時間，可以根據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，程序就不難實現了，使用定時/計數器T1為定時器，定時時間到后切換輸出腳即可。
2．程序實現
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 ;起始轉動速度
MaxSpd EQU 100 ;最高轉動速度
Speed DATA 23H ;流動速度計數
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 ;顯示計數器
DISPBUF DATA 58H ;顯示緩沖區
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 ;起始轉動速度送入計數器
CLR StartEnd ;停轉狀態
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
ACALL KEYPROC ;否則調用鍵盤處理程序
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 ;關閉電機
JMP LOOP
ORL P1,#11110000B
m_Next2:
SETB TR1 ;啟動電機
AJMP LOOP ;主程序結束
;---------------------------------------
D10ms:
……
;---------延時程序,鍵盤處理中調用
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？
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用于電機轉速控制
PUSH ACC
PUSH PSW
MOV A,Speed
SUBB A,#MinSpd ;減基準數
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，步進電機驅動的各引腳均輸出高電平，然后調用鍵盤程序，并作判斷，如果有鍵按下，則調用鍵盤處理程序，否則直接轉下一步。下一步是將當前的轉速值轉換為BCD碼，送入顯示緩沖區；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，否則關閉定時器T1，為防止關閉時某一相線圈長期通電，因此，在關閉定時器T1時，將P1.0~P1.3均置高。至此，主程序的工作即結束。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/分，則顯示值“010”，讀者可以自行加入相關的代碼來處理這一工作。
步進電機的驅動工作是在定時器T1的中斷服務程序中實現的，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，該數值就變為1110 1111，然后將該數與P1相“與”，此時，P1.4即輸出低電平，第二次進入中斷時，先將該數取反，成為 0001 0000，然后將該數與P1相“或”，這樣，P1.4即輸出高電平，關斷了相應的線圈，然后將該數重新取出，并作左移，即 1110，1111右移成為1101 1111，將該數與P1相“與”，這樣P1.5即輸出低電平，依次類推，P1.7~P1.4即循環輸出低電平。當這一數據變為0111 1111后，需要作適當的改動，將數據重新變回 1111 0111，進行第二次循環，相關代碼，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25，使其基數從0開始計數，然后分別查表，送入TH1和TL1，實現重置定時初值的目的。
看完這一部份內容以后，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，切換電機旋轉方向。
2． 更改程序，要求轉速從1到100。
3． 更改程序，實現首位無效零消隱。 |
