基于單片機系統(tǒng)的步進電機驅(qū)動stc單片機步進電機驅(qū)動器的設(shè)計及c語言程序(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性。這是目前使用較多、效果較好的一種功率接口。圖35 是斬波恒流功率接口原理圖。圖中 R 是一個用于電流采樣的小阻值電阻，稱為采樣電阻。當(dāng)電流不大時， VT1 和 VT2 同時受控于走步脈沖，當(dāng)電流超過恒流給定的數(shù)值， VT2 被封鎖，電源 U被切除。由于電機繞組具有較大電感，此時靠二極管 VD 續(xù)流，維持繞組電流，電機靠消耗電感中的磁場能量產(chǎn)生出力。此時電流將按指數(shù)曲線衰減，同樣電流采樣值將減小。當(dāng)電流小于恒流給定的數(shù)值， VT2 導(dǎo)通，電源再次接通。如此反復(fù)， 電機繞組電流就穩(wěn)定在由給定電平所決定的數(shù)值上，形成小小的鋸齒波，如圖 35 所示。 圖 35 斬波恒流功率驅(qū)動接口 斬波恒流功率驅(qū)動接口也有兩個輸入控制信號，其中 u1 是數(shù)字脈沖， u2 是模擬信號。這種功率接口的特點是：高頻響應(yīng)大大提高，接近恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，共振現(xiàn)象消除，但線路較復(fù)雜。目前已有相應(yīng)的集成功率模塊可供采用。 6 集成功率驅(qū)動接口及驅(qū)動芯片的選擇 目前已有多種用于小功率步進電動機的集成功率驅(qū)動接口電路可供選用。例如集成 H 橋式驅(qū)動器 L298 芯片，集成達林頓管 ULN2020A 極電極開路驅(qū)動芯片等。由于 ULN2020A 具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強，而且集成有續(xù)流二極管等特點，以及其對單片機的專用性。本課題選擇 ULN2020A 驅(qū)動芯片 圖 36 ULN2020 邏輯圖 圖 37 ULN2020 內(nèi)部電路圖 由圖 3圖 37 可知， ULN2020A 其本質(zhì)是一個基于三極管的非門電路芯片。 在驅(qū)動過程中， ULN2020 起到將控制信號功率放大和信號反相的作用。進而穩(wěn)定地將步進電機的控制信號平穩(wěn)有效地送給步進電機，確保步進電機的正常運轉(zhuǎn)。 第 4 章 驅(qū)動系統(tǒng)硬件組成及具體驅(qū)動方案分析 關(guān)于 80C52 單片機的介紹 單片機以其體積小、功能齊全、價格低廉、可靠性高等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。即使非電子計算機專業(yè)人員，通過學(xué)習(xí)一些專業(yè)基礎(chǔ)知識以后也能依靠自己的技術(shù)力量，來開發(fā)所希望的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。故在本次設(shè)計中采用了其中的低功耗型 80C52 單片機。 該系列單片機是采 用高性能的靜態(tài) 80C52 設(shè)計，由先進 CMOS 工藝制造，并帶有非易失 7 性 Flash 程序存儲器，全部支持 12 時鐘和 6 時鐘操作， P89C51X2 和 P89C52X2/54X2/58X2 分別包含 128 字節(jié)和 256 字節(jié) RAM、 32 條 I/O 口線、 3 個 16 位定時 /計數(shù)器、 6 輸入 4 優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)、 1 個串行 I/O 口、可用于多機通信 I/O 擴展或全雙工 UART 以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路?？蓪崿F(xiàn)兩個由軟件選擇的節(jié)電模式 — 空閑模式和掉電模式，空閑模式凍結(jié)CPU，但 RAM 定時器、串口和中斷系統(tǒng)仍然工作；掉電模 式保存 RAM 的內(nèi)容，但是凍結(jié)振蕩器，導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。 其主要結(jié)構(gòu)組成如下： 1．中央處理器（ CPU） 2．內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部 RAM） 3．內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部 ROM） 4．定時器 /計數(shù)器 5．并行 I/O 口 6．串行口 7．時鐘電路 8．中斷系統(tǒng) 9．外接晶體引腳 圖 41 80C52 單片機管腳圖 圖 42 80C52 單片機工作系統(tǒng)圖 單片機管腳如圖 41 所示，下面對其各個管腳進行必要的說明。 8 P0、 P P P3 口的電平與 CMOS 和 TTL 電平兼容。 P0 口的每一位口線可以驅(qū)動 8 個 LSTTL 負載。在作為通用 I/O 口時，由于輸出驅(qū)動電是開漏方式，由集電極開路（ OC 門）電路或漏極開 路電路驅(qū)動時需外接上拉電阻；當(dāng)作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時，口線輸出不是開漏的，無須外接上拉電阻。 P P P3 口的每一位能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。它們的輸出驅(qū)動電路設(shè)有內(nèi)部上拉電阻，所以可以方便地由集電極開路（ OC 門）電路或漏極開路電路所驅(qū)動，而無須外接上拉電阻。 當(dāng) CPU不對 P3 口進行字節(jié)或位尋址時，內(nèi)部硬件自動將口鎖存器的 Q 端置 1。這時， P3口作為第二功能使用。 ： RXD（串行口輸入）； ： TXD（串行口輸出）； ：外部中 斷 0 輸入； ：外部中斷 1 輸入； ： T0（定時器 0 的外部輸入）； ： T1（定時器 1 的外部輸出）； ：（片外數(shù)據(jù)存儲器“寫”選通控制輸出）； ：（片外數(shù)據(jù)存儲器“讀”選通控制輸出）。 EA/VPP：訪問程序存儲器控制信號，當(dāng)其為低電平時，對 ROM 的讀操作限定在外部的程序存儲器，當(dāng)其為高電平時，對 ROM 的讀操作是從內(nèi)部存儲器開始的，并可延至外部程序存儲器。 ALE/PROG：編程脈沖 PSEN：外部程序存儲器讀選通信號，在讀外部 ROM 時 PSEN 是低電平有效，以實現(xiàn)對ROM 的讀操作。 RST/VPD：復(fù)位信號，當(dāng)輸入信號延續(xù) 2 個周期以上的高電平有效，用以完成單片機復(fù)位初始化操作。 XTAL : 時鐘晶振輸入端。 驅(qū)動系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 9 圖 43 驅(qū)動系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 由圖 43 可知，本系統(tǒng)通過計算機設(shè)定步進電機的運行速度，將這些參數(shù)和控制程序通過數(shù)據(jù)串口燒錄到單片機中。按鈕和單片機的控制信號通過驅(qū)動電路 ，輸入至步進電機，控制步進電機的速度。電源和變壓整流電路為單片機和驅(qū)動芯片的正常工作提供安全穩(wěn)定的直流高電平。 驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動原理 為了方便闡述，本節(jié)按照步進電機輸入信號要求，控制信號功率的放大，單片機控制信號的輸出和編程的順序分析其工作過程。 步進電機的控制信號 圖 44 28BYJ48 型步進電機接線指示圖 表 41 步進電機輸入信號分布表 連線序號 導(dǎo)線顏色 分配順序 1 2 3 4 5 紅 + + + + 4 橙 + + — — 3 黃 + — — + 2 粉 — — + + 1 藍 — + + — 如圖 44 所示， 28BYJ48 型步進電機接內(nèi)部共有四相線圈，其中 Vcc 端共接在一起，為紅線。四相線圈的控制信號輸入端按順序依次為藍、粉、黃、橙。為方便編程與描述，本文采用單片機的雙四拍運行時序，則其通電線圈按照時序依次為：藍粉、粉黃、黃橙、橙藍。其輸入信號分布如表 41 所示。以此時序，按照一定的頻率，步進電機就可穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動。 控制信號功率的放大 單片機不能直接驅(qū)動步進電機，這是由于單片機 I/O 接口輸出功率很小，輸出信號不穩(wěn)定。因此就必須在單片機 I/O 接口下方接功率驅(qū)動單元。按照前文所述，本文選擇具有信號放大，信號反相功能的 ULN2020A 驅(qū)動芯片。 10 圖 45 ULN2020 電路圖（含負載） 由圖 45 所示， ULN2020A 本質(zhì)為達林頓管，其中 Q1， Q2， R2， R3 本質(zhì)為以放大倍 15數(shù)被加大的三極管。因此，當(dāng)輸入信號為高電平時，三極管導(dǎo)通，這時負載左端，即芯片的信號輸出端為低電平，因此 ULN2020A 為反相輸出。 此時負載中有電流產(chǎn)生。在本文中，負載即為步進電機的某一相線圈，所以當(dāng)輸入信號為高電平時，與之相連的步進電機線圈中有電流產(chǎn)生；當(dāng)輸入信號為低平時，負載左端即信號輸出端為高電平，負載中無電流產(chǎn)生，即與之相連的步進電機線圈不工作。 又因為達林頓管放大倍數(shù)為兩個三極管放大倍數(shù)之積，達到比較可觀的功率放大作用。綜上，將單片機四個 I/O 接口連接至 ULN2020A 輸入接口，就將控制步進電機的信號放大反相。使得步進電機正常工作。 單片機控制信號的輸出 考慮到步進電機正常工 作所需要的時序分布以及 ULN2020A 的反相所用，單片機的輸出信號以及相應(yīng)的輸出端口如表 42 所示。為了實際電路中連線方便，信號輸出端口為 ， ， 口。 表 42 單片