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51单片机控制四相步进电机解析

51单片机控制四相步进电机解析51单片机控制四相步进电机2009年07月21日星期二12:4451单片机控制四相步进电机2009-03-0118:53接触单片机快两年了，不过只是非常业余的兴趣，实践却不多，到现在还算是个初学者吧。这几天给自己的任务就是搞定步进电机的单片机控制。以前曾看过有关步进电机原理和控制的资料，毕竟自己没有做过，对其具体原理还不是很清楚。今天从淘宝网买了一个EPSON勺UMX-1型步进电机，此步进电机为双极性四相，接线共有六根，外形如下图所示：详细内容：HYPERLINK"http://yanyang617214215....

51单片机控制四相步进电机2009年07月21日星期二12:4451单片机控制四相步进电机2009-03-0118:53接触单片机快两年了，不过只是非常业余的兴趣，实践却不多，到现在还算是个初学者吧。这几天给自己的任务就是搞定步进电机的单片机控制。以前曾看过有关步进电机原理和控制的资料，毕竟自己没有做过，对其具体原理还不是很清楚。今天从淘宝网买了一个EPSON勺UMX-1型步进电机，此步进电机为双极性四相，接线共有六根，外形如下图所示：详细内容：HYPERLINK"http://yanyang617214215.blog.hexun.com/31907887"http://yanyang617214215.blog.hexun.com/31907887d.html拿到步进电机，根据以前看书对四相步进电机的了解，我对它进行了初步的测试，就是将5伏电源的正端接上最边上两根褐色的线，然后用5伏电源的地线分别和另外四根线(红、兰、白、橙)依次接触，发现每接触一下，步进电机便转动一个角度，来回五次，电机刚好转一圈，说明此步进电机的步进角度为360/(4X5)=18度。地线与四线接触的顺序相反，电机的转向也相反。如果用单片机来控制此步进电机，则只需分别依次给四线一定时间的脉冲电流，电机便可连续转动起来。通过改变脉冲电流的时间间隔，就可以实现对转速的控制；通过改变给四线脉冲电流的顺序，则可实现对转向的控制。所以，设计了如下电路图：C51程序代码为:代码一#includestaticunsignedintcount;staticunsignedintendcount;voiddelay();voidmain(void){count=0;P1_0=0;P1_1=0;P1_2=0;P1_3=0;EA=1;//允许CPU中断TMOD=0x11;//设定时器0和1为16位模式1ET0=1;//定时器0中断允许TH0=0xFC;TL0=0x18;//设疋时每隔1ms中断次TR0=1;//开始计数startrun:P1_3=0;P1_0=1;delay();P1_0=0;P1_1=1;delay();P1_1=0;P1_2=1;delay();P1_2=0;P1_3=1;delay();gotostartrun;}//定时器0中断处理voidtimeint(void)interrupt1{TH0=0xFC;TL0=0x18;//设定时每隔1ms中断一次count++;}voiddelay(){endcount=2;count=0;do{}while(countstaticunsignedintcount;staticintstep_index;voiddelay(unsignedintendcount);voidgorun(bitturn,unsignedintspeedlevel);voidmain(void){count=0;step_index=0;P1_0=0;P1_1=0;P1_2=0;P1_3=0;EA=;//允许CPU中断TMOD=0x11;//设定时器0和1为16位模式1ET0=1;//定时器0中断允许TH0=0xFE;TL0=0x0C;//设定时每隔0.5ms中断一次TR0=1;//开始计数do{gorun(1,60);}while(1);}//定时器0中断处理voidtimeint(void)interrupt1{TH0=0xFE;TL0=0x0C;//设定时每隔0.5ms中断一次count++;voiddelay(unsignedintendcount){count=0;do{}while(count7)step_index=0;}else{step_index--;if(step_index<0)step_index=7;}}改进的代码能实现速度和方向的控制，而且，通过step_index静态全局变量能“记住”步进电机的步进位置，下次调用gorun()函数时则可直接从上次步进位置继续转动，从而实现精确步进；另外，由于利用了步进电机内线圈之间的“中间状态”，步进角度减小了一半，只为9度，低速运转也相对稳定一些了。但是，在代码二中，步进电机的运转控制是在主函数中，如果程序还需执行其它任务，则有可能使步进电机的运转收到影响，另外还有其它方面的不便，总之不是很完美的控制。所以我又将代码再次改进：代码三#includestaticunsignedintcount;//计数staticintstep_index;//步进索引数，值为0－7staticbitturn;//步进电机转动方向staticbitstop_flag;//步进电机停止标志 staticintspeedlevel;//步进电机转速参数，数值越大速度越慢，最小值为1，速度最快staticintspcount;//步进电机转速参数计数voiddelay(unsignedintendcount);//延时函数，延时为endcount*0.5毫秒voidgorun();//步进电机控制步进函数voidmain(void){count=0;step_index=0;spcount=0;stop_flag=0;P1_0=0;P1_1=0;P1_2=0;P1_3=0;EA=1;//允许CPU中断TMOD=0x11;//设定时器0和1为16位模式1TH0=0xFE;TL0=0x0C;TR0=1;ET0=1;//定时器0中断允许//设定时每隔0.5ms中断一次//开始计数turn=0;speedlevel=2;delay(10000);speedlevel=1;do{speedlevel=2;delay(10000);speedlevel=1;delay(10000);stop_flag=1;delay(10000);stop_flag=0;}while(1);}//定时器0中断处理voidtimeint(void)interrupt1{TH0=0xFE;TL0=0x0C;//设定时每隔0.5ms中断一次count++;spcount--;if(spcount<=0){spcount=speedlevel;gorun();}}voiddelay(unsignedintendcount){count=0;do{}while(count7)step_index=0;}else{step_index--;if(step_index<0)step_index=7;}}在代码三中，我将步进电机的运转控制放在时间中断函数之中，这样主函数就能很方便的加入其它任务的执行，而对步进电机的运转不产生影响。在此代码中，不但实现了步进电机的转速和转向的控制，另外还加了一个停止的功能，呵呵，这肯定是需要的。步进电机从静止到高速转动需要一个加速的过程，否则电机很容易被“卡住”，代码一、二实现加速不是很方便，而在代码三中，加速则很容易了。在此代码中，当转速参数speedlevel为2时，可以算出，此时步进电机的转速为1500RPM而当转速参数speedlevel1时，转速为3000RPM当步进电机停止，如果直接将speedlevel设为1，此时步进电机将被“卡住”，而如果先把speedlevel设为2，让电机以1500RPM勺转速转起来，几秒种后，再把speedlevel设为1,此时电机就能以3000RPM勺转速高速转动，这就是“加速”勺效果。在此电路中，考虑到电流的缘故，我用的NPN三极管是S8050,它的电流最大可达1500mA而在实际运转中，我用万用表测了一下，当转速为1500RPM时，步进电机的电流只有90mA左右，电机发热量较小，当转速为60RPM时，步进电机的电流为200mA左右，电机发热量较大，所以NPN三极管也可以选用9013，对于电机发热量大的问题，可加一个10欧到20欧的限流电阻，不过这样步进电机的功率将会变小。附录C代码单片机控制步进电机实现功能:定时器中断：定时时间设置为30秒，首先给的初值每次中断为5ms,经过20次中断为1秒，半分钟三十秒则要中断600次，所有到达六百次后就把计数n中的值读取到数码管中显示出来。键盘检测：进行速度控制的时候按下相应的键则会对应的进行速度调节。数码管显示：驱动部分：#include#defineucharunsignedcharsbitdula=P2A6;sbitwela=P2A7;sbitjia_key=P3A6;sbitjian_key=P3A7;sbitzf_key=P3A5;sbitstop_key=P3A4;bitflag=0;ucharnum1,n;ucharnum=0,show_num=2,maichong=4,table_begin=0;codeuchartable1[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x08,0x02,0x01};ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//延时部分voiddelay(uchari){ucharj,k;for(j=i;j>0;j--)for(k=110;k>0;k--);}//显示部分voiddisplay(){dula=0;P0=table[show_num];dula=1;dula=0;wela=0;P0=0xfe;wela=1;wela=0;delay(5);P0=table[0];dula=1;dula=0;P0=0xfd;wela=1;wela=0;delay(5);}//键盘检测部分voidkey(){if(jia_key==0){delay(5);if(jia_key==0){num++;if(num==4)num=3;while(jia_key==0)}}if(jian_key==0){delay(5);if(jian_key==0){if(num!=0)num--;elsenum==0;while(jian_key==0);}}if(zf_key==0){delay(5);if(zf_key==0){flag=~flag;while(zf_key==0);}}if(stop_key==0){delay(4);if(stop_key==0){show_num=0;maichong=0;}while(stop_key==0)}}步进电机的单片机控制2009-03-0408:16步进电机的单片机控制本设计采用凌阳16位单片机SPCE061对步进电机进行控制，通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片L298N驱动步进电机；同时，用4X4的键盘来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速，采用74LS164作为4位单个数码管的显示驱动，从单片机输入信号；利用凌阳单片机的语音功能播报电机的转速。摘要：本设计采用凌阳16位单片机SPCE061A对步进电机进行控制，通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片L298N驱动步进电机；同时，用4X4的键盘来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速，采用74LS164作为4位单个数码管的显示驱动，从单片机输入信号；利用凌阳单片机的语音功能播报电机的转速。关键词：步进电机单片机数码管一、方案论证与比较1、本设计的重点在于对步进电机的控制和驱动，设计中受控电机为四相六线制的步进电机（内阻33欧，步进1.8度，额定电压12V）方案一：使用多个功率放大器件驱动电机通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大的要求，放大后能够得到较大的功率。但是由于使用的是四相的步进电机，就需要对四路信号分别进行放大，由于放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较复杂。方案二：使用L298N芯片驱动电机L298N芯片可以驱动两个二相电机（如图1-1）,也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V,可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的10口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。CT图1-1通过比较，使用L298N芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动步进电机，且价格不高，故选用L298N驱动电机。而使用L298N时，可以用L297来提供时序信号，可以节省单片机IO口的使用；也可以直接用单片机模拟出时序信号，由于控制并不复杂，故选用后者。2、数码管显示电路的设计方案一：串行接法设计中要显示4位数字，用74LS164作为显示驱动，其中带锁存，使用串行接法可以节约IO口资源，但要使用SIO，发送数据时容易控制。方案二：并行接法使用并行接法时要对每个数码管用IO口单独输入数据，占用资源较多。由于设计中用一块单片机进行控制，资源有限，选择了方案一。另外，使用锁存也起到节约资源的作用。二、步进电机控制原理步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM和混合式步进电机（简称HB。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C－D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C,D相的通断。控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。控制步进电机的速度如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。三、理论设计综和以上选取的方案，总的流程如图3-2所示L298N步进电和74LS164—数码管4x4键盘\语音播报嫌速1、步进电机驱动电路通过L298N构成步进电机的驱动电路，电路图如图3-2所示。通过单片机SPCE061A的I0B8〜I0B13对L298N的IN1〜IN4口和ENAENB口发送方波脉冲信号，起时序图如图3-3所示。IC图3-21001(OOO甲一TyimE古8RhomeQKX>Uro0EhjXlJ2、数码管显示电路的设计数码管的显示驱动使用74LS164,通过SPCE061A的IOBO和JPTI0B1口对DATA和CLK发送数据图3-43、4x4键盘电路在设计中，使用了标准的4x4键盘，其电路图如图3-5所示。单片机的A口低8位为键盘的接口。尽管设计要求中只需要4个键对步进电机的状态进行控制，但考虑到对控制功能的扩展，我们使用了4x4的键盘。四、程序设计在进行程序设计的过程中，主要分为五个部分：双机通讯、语音报数、数字显示、步进电机驱动、键盘；其中双机通讯的实现和语音报时比较有特点，将其流程简要介绍如下，其他部分见附的程序。1、双机通讯界览送DataNYV对血lswet循耳料擋Eegf斋我们在实现双机通讯的过程中使用了“三次握手”的方式，这是Intle网中成用的数据通讯确认协议，其流程图如图4-1所示。2、语音报数程序设计中语音报数使用的是SAC—A2000,考虑到程序比较简单，首先使用了自动报数方式，但发现不能进行连续报数，于是使用了非自动方式，流程图如图4-2所示SAai_A2QOO_Init2ec®d«r■DACI：SPGetKetource(Addr)SAG!A2000riHQuejpRet：修改feMAddr-*SAOJ^A2M)0_5top{)解的井通过中断中的F-FKLService.SACM,A2000H4皈让农苕乎五、结果分析与总结应该说这次课程设计还是基本达到了设计的要求，但是也存在着未能解决的问题，由于在执行语音程序时对资源的消耗比较大，在语音报数的时候会中断步进电机驱动信号的输出，导致电机停转。为此，我们修改了方案，使用了两块单片机，通过双机通讯来传递信号，遗憾的是问题仍然没有得到解决。这次步进电机的综合实验我们学到了步进电机、数码管、4*4键盘、语音报数和双机通讯的使用，更重要的是学会了程序出问题时调试的方法，并养成了Debug的习惯，学到了程序出问题后怎样去解决的基本方法。参考文献：

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