步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，通俗地說：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進(jìn)角）。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

T89C2051單片機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的電路和源碼

程序

stepper.c

stepper.hex

/*

* STEPPER.C

* sweeping stepper‘’s rotor cw and cww 400 steps

* Copyright （c） 1999 by W.Sirichote

*/

#include c：mc518051io.h /* include i/o header file */

#include c：mc518051reg.h

register unsigned char j，flag1，temp;

register unsigned int cw_n，ccw_n;

unsigned char step［8］={0x80，0xc0，0x40，0x60，0x20，0x30，0x10，0x90}

#define n 400

/* flag1 mask byte

0x01 run cw（）

0x02 run ccw（）

*/

main（）

{

flag1=0;

serinit（9600）;

dISAble（）; /* no need timer interrupt */

cw_n = n; /* initial step number for cw */

flag1 |=0x01; /* initial enable cw（） */

while（1）{

{

tick_wait（）; /* wait for 10ms elapsed */

energize（）; /* round-robin execution the following tasks every 10ms */

cw（）;

ccw（）;

}

}

}

cw（）{

if（（flag1&0x01）！=0）

{

cw_n--; /* decrement cw step number */

if （cw_n ！=0）

j++; /* if not zero increment index j */

else

{flag1&=~0x01; /* dISAble cw（） execution */

ccw_n = n; /* reload step number to ccw counter */

flag1 |=0x02; /* enable cww（） execution */

}

}

}

ccw（）{

if（（flag1&0x02）！=0）

{

ccw_n--; /* decremnent ccw step number */

if （ccw_n ！=0）

j--; /* if not zero decrement index j */

else

{flag1&=~0x02; /* dISAble ccw（） execution */

cw_n = n; /* reload step number to cw counter */

flag1 |=0x01; /* enable cw（） execution */

}

}

}

tick_wait（）{ /* cputick was replaced by simpler ASM code 10ms wait */

asm“ JNB TCON.5，*”; /* wait for TF0 set */

asm“ CLR TCON.5”; /* clear TF0 for further set */

asm“ ORL TH0，#$DC”; /* reload TH0 with $DC， TL0 = 0 */

}

energize（）{

P1 = step［（j&0x07）］; /* only step 0-7 needed */

}

一、步進(jìn)電機(jī)常識

常見的步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB），永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)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(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。

二、永磁式步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)為例，來介紹如何用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)。

圖1是35BY型永磁步進(jìn)電機(jī)的外形圖，圖2是該電機(jī)的接線圖，從圖中可以看出，電機(jī)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(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，只要輪流給各引出端通電即可。將COM端標(biāo)識為C，只要AC、 C、BC、 C，輪流加電就能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)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(jī)的一些典型參數(shù)：

表135BY48S03型步機(jī)電機(jī)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(dá)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(jī)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(jìn)電機(jī)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(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)動方向，只要改變各線圈接通的順序。

圖135BY48S03型步進(jìn)電機(jī)外形圖

圖235BY48S03型步進(jìn)電機(jī)的接線圖

圖3單片機(jī)控制35BY48S03型步進(jìn)電機(jī)的電路原理圖

三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動實例

要求：控制電路如圖3所示，開機(jī)后，電機(jī)不轉(zhuǎn)，按下啟動鍵，電機(jī)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(jī)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(dá)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(jìn)電機(jī)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(dāng)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(dāng)于12.5ms/脈沖。可以列出下表

表1步進(jìn)電機(jī)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(biāo)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(jī)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(jī)

JMP LOOP

ORL P1，#11110000B

m_Next2：

SETB TR1 ;啟動電機(jī)

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(jī)轉(zhuǎn)速控制

PUSH ACC

PUSH PSW

MOV A，Speed

SUBB A，#MinSpd ;減基準(zhǔn)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(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(dāng)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(jìn)電機(jī)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入中斷時，先將該數(shù)取反，成為 00010000，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11011111，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(dāng)這一數(shù)據(jù)變?yōu)?111 1111后，需要作適當(dāng)?shù)母膭樱瑢?shù)據(jù)重新變回11110111，進(jìn)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(jìn)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(jī)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