1 前言

本實驗是基于STM32103芯片和ULN2003進行對步進電機的控制。

2 ULN2003的基本介紹

2.1 ULN2003的概述

ULN2003是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個硅NPN 復(fù)合晶體管組成。 一般采用DIP—16 或SOP—16 塑料封裝。

ULN2003的主要特點：

• ULN2003 的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻，在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。
• ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。

2.2 ULN2003的作用

ULN2003是大電流驅(qū)動陣列，多用于單片機、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中，可直接驅(qū)動繼電器等負載。 輸入5VTTL電平，輸出可達500mA/50V。

簡單地說， ULN2003其實就是用來放大電流的，增加驅(qū)動能力。 比如說單片機輸出引腳一般輸出就幾mA，是無法驅(qū)動電機、繼電器或者電磁閥的，像要讓直流電機轉(zhuǎn)需要500mA，而用ULN2003放大后，可以通過單片機的輸出引腳直接控制這些設(shè)備。 而我們文章的目的是使用ULN2003芯片來增大單片機的輸出電流使得單片機的輸出電流可以驅(qū)動步進電機。

2.3 ULN2003的引腳圖和功能

• 引腳1：CPU脈沖輸入端，端口對應(yīng)一個信號輸出端；
• 引腳2：CPU脈沖輸入端；
• 引腳3：CPU脈沖輸入端；
• 引腳4：CPU脈沖輸入端；
• 引腳5：CPU脈沖輸入端；
• 引腳6：CPU脈沖輸入端；
• 引腳7：CPU脈沖輸入端；
• 引腳8：接地；
• 引腳9：該腳是內(nèi)部7個續(xù)流二極管負極的公共端，各二極管的正極分別接各達林頓管的集電極。 用于感性負載時，該腳接負載電源正極，實現(xiàn)續(xù)流作用。 如果該腳接地，實際上就是達林頓管的集電極對地接通；
• 引腳10：脈沖信號輸出端，對應(yīng)7腳信號輸入端；
• 引腳11：脈沖信號輸出端，對應(yīng)6腳信號輸入端；
• 引腳12：脈沖信號輸出端，對應(yīng)5腳信號輸入端；
• 引腳13：脈沖信號輸出端，對應(yīng)4腳信號輸入端；
• 引腳14：脈沖信號輸出端，對應(yīng)3腳信號輸入端；
• 引腳15：脈沖信號輸出端，對應(yīng)2腳信號輸入端；
• 引腳16：脈沖信號輸出端，對應(yīng)1腳信號輸入端。

2.4 ULN2003工作原理驅(qū)動應(yīng)用電路

ULN2003是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個硅NPN 復(fù)合晶體管組成，每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻，在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。

LN2003也是一個7路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時，ULN2003輸出端為低電平； 當(dāng)輸入端為低電平時，ULN2003輸出端為高電平。

ULN2003是一個非門電路，包含7個單元，單獨每個單元驅(qū)動電流最大可達500mA，9腳可以懸空。 比如1腳輸入，16腳輸出，你的負載接在VCC與16腳之間，不用9腳。

根據(jù)上面的原理，ULN2003的驅(qū)動應(yīng)用電路的基本示例圖，各個引腳的功能都標(biāo)注在上面：

這里需要注意的是：盡管按照官方文獻要求，控制電壓輸入需要在5V，其實只需要超過2.5V的電平信號基本都能夠算作是高電平。 也就是說，3.3V的單片機的IO口的高電平輸出就能夠直接來進行ULN2003的控制輸入了。

再介紹一個實際例程的ULN2003的驅(qū)動應(yīng)用電路：

3 28BYJ48型步進電機

3.1 步進電機簡介

28BYJ48型步進電機是四相八拍電機，電壓為DC5V～DC12V。 當(dāng)對步進電機按一定順序施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。 每一個脈沖信號使得步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度。 當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。 四相步進電機可以在不同的通電方式下運行。

• 單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A…… ）
• 雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-AB…… ）
• 四相八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A......）。

所以說，要想啟動步進電機只需要依次給各個相輸入高電平信號就可以了。 注意，當(dāng)給某一相輸入信號的時候，其他相要重新置0。 也就是說，同一時刻只能保持有一個相。

3.2 步進電機參數(shù)

4 STM32控制程序

步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行設(shè)備。 通俗一點講：當(dāng)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（即步進角）。 我們可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的； 同時我們可以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。

4.1 硬件配置

• 單片機：STM32103C8T6
• 步進電機：28BYJ-48
• 驅(qū)動電路：ULN2003芯片的驅(qū)動板
• 引腳連接：IN1 ----- PB6
  IN2 ----- PB7
  IN3 ----- PB8
  IN4 ----- PB9
  OUT1：步進電機4、OUT2：步進電機3、OUT3：步進電機2、OUT4：步進電機1、步進電機5：
  VCC電源正極（5V）、GND：共地、COM：VCC電源正極（5V）。
• 5V直流電源：STM32F103ZET6開發(fā)板上的5V電壓引腳（下圖中的VCC）。

4.2 控制代碼

motor.h

/***************************************************************************************
$ @ Copyright    : 
$ @ Author       : Krone
$ @ Data         : Do not edit
$ @ LastEditor   : 
$ @ LastData     : 
$ @ Describe     : 
*****************************************************************************************/
#ifndef MOTOR_H__
#define MOTOR_H__
#include 
#include 

#define  MOTOR_CLK               (RCC_APB2Periph_GPIOB)
#define  MOTOR_PORT              (GPIOB)
#define  MOTOR_IN1_PIN           (GPIO_Pin_6)
#define  MOTOR_IN2_PIN           (GPIO_Pin_7)
#define  MOTOR_IN3_PIN           (GPIO_Pin_8)
#define  MOTOR_IN4_PIN           (GPIO_Pin_9)

void Moto_Init(void);
void Motor_Forward_Ration(void);  //反轉(zhuǎn)
void Motor_Reverse_Rotation(void);  //正轉(zhuǎn)
void MotorStop(void); //停止
void Motor_Ctrl_Direction_Angle(int direction, int angle);//控制電機正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)某個角度

#endif

motor.c

/***************************************************************************************
$ @ Copyright    : 
$ @ Author       : Krone
$ @ Data         : Do not edit
$ @ LastEditor   : 
$ @ LastData     : 
$ @ Describe     : 
*****************************************************************************************/
#include "motor.h"
#include "delay.h"

uint16_t phasecw[4] ={0x0200,0x0100,0x0080,0x0040}; /*   D-C-B-A  反轉(zhuǎn) */
uint16_t phaseccw[4]={0x0040,0x0080,0x0100,0x0200}; /*	 A-B-C-D   正轉(zhuǎn) */
/*---------------------------------電機模塊與單片機連接引腳---------------------------------------------------*/
/* IN4: PB9  d */
/* IN3: PB8  c */
/* IN2: PB7  b */ 
/* IN1: PB6  a */

void Moto_Init(void)
{
	 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	 RCC_APB2PeriphClockCmd(MOTOR_CLK,ENABLE);

	 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MOTOR_IN1_PIN | MOTOR_IN2_PIN | MOTOR_IN3_PIN | MOTOR_IN4_PIN ;//引腳按著INT1順序接就行了
	 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	 GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
	 GPIO_ResetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_IN1_PIN | MOTOR_IN2_PIN |MOTOR_IN3_PIN |MOTOR_IN4_PIN );
}
// 正轉(zhuǎn)
void Motor_Forward_Ration(void)  
{  
    int i;  
    for(i=0;i<4;i++)  
    {  
        GPIO_Write(MOTOR_PORT, phaseccw[i]);  
        delay_ms(1);  
    }  
}
// 反轉(zhuǎn)
void Motor_Reverse_Rotation(void)  
{  
	uint8_t i;  
    for(i=0;i<4;i++)  
    {  
        GPIO_Write(MOTOR_PORT, phasecw[i]);  
        delay_ms(1);  
    }  
}
//停止
void MotorStop(void) 
{  
    GPIO_Write(MOTOR_PORT, 0x0000);  
}

//控制電機正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)某個角度
//direction方向，1為正轉(zhuǎn)，0為反轉(zhuǎn)
//angle角度，可為0-360具有實際意義
void Motor_Ctrl_Direction_Angle(int direction, int angle)
{
	uint16_t i;

	if(direction == 1)
	{								
		for(i = 0; i < 64*angle/45; i++) 
		{
			/* 正轉(zhuǎn) */
			Motor_Forward_Ration();
		}
		MotorStop();//停止
  	}
	else
	{
		for(i = 0; i < 64*angle/45; i++) 
		{
			/* 反轉(zhuǎn) */
			Motor_Reverse_Rotation(); 
		}
		 MotorStop();//停止
	}
}