单片机控制步进电机的 原理Word文件下载.docx
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混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相：
两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为
0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛。
二、永磁式步进电机的控制
下面以电子爱好者业余制作中常用的永磁式步进电机为例，来介绍如何用单片机控制步进电机。
图1是35BY型永磁步进电机的外形图，图2是该电机的接线图，从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5根引出线。
要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。
将COM端标识为C，只要AC、
C、BC、
C，轮流加电就能驱动步进电机运转，加电的方式可以有多种，如果将COM端接正电源，那么只要用开关元件（如三极管），将A、
、B、
轮流接地。
下表列出了该电机的一些典型参数：
表1 35BY48S03型步机电机参数
型号步距角相数电压电流电阻最大静转距定位转距转动惯量
35BY48S037.54120.2647180652.5
有了这些参数，不难设计出控制电路，因其工作电压为12V，最大电流为0.26A，因此用一块开路输出达林顿驱动器（ULN2003）来作为驱动，通过P1.4~P1.7来控制各线圈的接通与切断，电路如图3所示。
开机时，P1.4~P1.7均为高电平，依次将P1.4~P1.7切换为低电平即可驱动步进电机运行，注意在切换之前将前一个输出引脚变为高电平。
如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间，而要改变电机的转动方向，只要改变各线圈接通的顺序。
图1 35BY48S03型步进电机外形图
图2 35BY48S03型步进电机的接线图
图3 单片机控制35BY48S03型步进电机的电路原理图
三、步进电机的驱动实例
要求：
控制电路如图3所示，开机后，电机不转，按下启动键，电机旋转，速度为25转/分，按下加1键，速度增加，按下减1键，速度降低，最高速度为100转/分，最低转带为25转/分，按下停止键，电机停转。
速度值要求在数码管上显示出来。
1．要求分析
按上面的分析，改变转速，只要改变P1.0~P1.3轮流变低电平的时间即可达到要求，这个时间不应采用延时来实现，因为会影响到其他功能的实现。
这里以定时的方式来实现。
下面首先计算一下定时时间。
按要求，最低转速为25转/分，而上述步进电机的步距角为7.5，即每48个脉冲为1周，即在最低转速时，要求为1200脉冲/分，相当于50ms/脉冲。
而在最高转速时，要求为100转/分，即48000脉冲/分，相当于12.5ms/脉冲。
可以列出下表
表1 步进电机转速与定时器定时常数关系
速度单步时间（us）TH1TL1实际定时（us）
255000076049996.8
26480778223648074.18
2746296898646292.61
2844643957344640.155
……………
10012500211012499.2
表中不仅计算出了TH1和TL1，而且还计算出了在这个定时常数下，真实的定时时间，可以根据这个计算值来估算真实速度与理论速度的误差值。
表中TH1和TL1是根据定时时间算出来的定时初值，这里用到的晶振是11.0592M。
有了上述表格，程序就不难实现了，使用定时/计数器T1为定时器，定时时间到后切换输出脚即可。
2．程序实现
定义DSB－1A实验板的S1为启动键，S2为停止键，S3为加1键，S4为减1键，程序如下：
StartEnd
bit
01H
;
起动及停止标志
MinSpd
EQU25
起始转动速度
MaxSpd
EQU100
最高转动速度
Speed
DATA23H
流动速度计数
DjCount
DATA24H
控制电机输出的一个值，初始为11110
111
HiddenEQU10H;
消隐码
CounterDATA57H;
显示计数器
DISPBUF
DATA58H;
显示缓冲区
ORG
0000H
AJMP
MAIN
ORG000BH
JMPDISP
ORG001BH
JMPDJZD
ORG
30H
MAIN:
MOV
SP,#5FH
P1,#0FFH
MOVA,#Hidden
MOVDispBuf,A
MOVDispBuf+1,A
MOVDispBuf+2,A
MOVDjCount,#11110111B
SPEED,#MinSpd
起始转动速度送入计数器
CLR
停转状态
MOVTMOD,#00010001B;
MOVTH0,#HIGH（65536-3000）
MOVTL0,#LOW（65536-3000）
MOVTH1,#0FFH;
MOVTL1,#0FFH
SETBTR0
SETBEA
SETBET0
SETBET1
LOOP:
ACALL
KEY
键盘程序
JNB
F0,m_NEXT1
无键继续
ACALL
KEYPROC
;
否则调用键盘处理程序
m_NEXT1:
MOVA,Speed
MOVB,#10
DIVAB
MOVDispBuf+5,B;
最低位
MOVDispBuf+4,B
MOVDispBuf+3,A
JBStartEnd,m_Next2
CLRTR1;
关闭电机
JMPLOOP
ORLP1,#11110000B
m_Next2:
SETBTR1;
启动电机
AJMP
LOOP
主程序结束
---------------------------------------
D10ms:
……
---------延时程序,键盘处理中调用
KEYPROC:
A,B
获取键值
JB
ACC.2,StartStop
分析键的代码,某位被按下,则该位为1
ACC.3,KeySty
ACC.4,UpSpd
ACC.5,DowSpd
KEY_RET
StartStop:
SETBStartEnd
启动
KeySty:
CLRStartEnd;
停止
UpSpd:
INC
SPEED;
A,SPEED
CJNE
A,#MaxSpd,K1;
到了最多的次数？
DEC
SPEED;
是则减去1，保证下次仍为该值
K1:
DowSpd:
DEC
SPEED
A,#MAXSPD,KEY_RET
不等（未到最大值），返回
MOVSPEED,#MinSpd;
KEY_RET:
RET
KEY:
……获取键值的程序
DjZd:
定时器T1用于电机转速控制
PUSHACC
PUSHPSW
SUBBA,#MinSpd;
减基准数
MOVDPTR,#DjH
MOVCA,@A+DPTR
MOVTH1,A
SUBBA,#MinSpd
MOVDPTR,#DjL
MOVTL1,A
MOVA,DjCount
CPLA
ORLP1,A
JNBACC.7,d_Next1
JMPd_Next2
d_Next1:
MOVDjCount,#11110111B
d_Next2:
RLA
MOVDjCount,A;
回存
ANLP1,A
POPPSW
POPACC
RETI
DjH:
DB76,82,89,95,100,106,110,115,119,123,12……
DjL:
DB0,236,86,73,212,0,214,96,163,165
DISP:
显示程序
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
本程序主要由键盘程序、显示器程序、步进电机驱动程序三部份组成，主程序首先初始化各变量，将显示器的高3位消隐，步进电机驱动的各引脚均输出高电平，然后调用键盘程序，并作判断，如果有键按下，则调用键盘处理程序，否则直接转下一步。
下一步是将当前的转速值转换为BCD码，送入显示缓冲区；
接着判断StartEnd这个位变量，是“1”还是“0”，如果是“1”，则开启定时器T1，否则关闭定时器T1，为防止关闭时某一相线圈长期通电，因此，在关闭定时器T1时，将P1.0~P1.3均置高。
至此，主程序的工作即结束。
这里为简便起见，这里没有做高位“0”消隐的工作，即如果速度为10转/分，则显示值“010”，读者可以自行加入相关的代码来处理这一工作。
步进电机的驱动工作是在定时器T1的中断服务程序中实现的，由前述分析，每次的定时时间到达以后，需要将P1.0~P1.3依次接通，程度中用了一个变量DjCntr来实现这一功能，在主程序初始化时，该变量被赋予初值11110111B，进入到定时中断以后，将该变量取出送ACC累加器，并在累加器中进行左移，这样，该数值就变为1110
1111，然后将该数与P1相“与”，此时，P1.4即输出低电平，第二次进入中断时，先将该数取反，成为
0001 0000，然后将该数与P1相“或”，这样，P1.4即输出高电平，关断了相应的线圈，然后将该数重新取出，并作左移，即 1110，1111右移成为1101 1111，将该数与P1相“与”，这样P1.5即输出低电平，依次类推，P1.7~P1.4即循环输出低电平。
当这一数据变为0111
1111后，需要作适当的改动，将数据重新变回 1111 0111，进行第二次循环，相关代码，请读者自行分析。
定时时间又是如何确定的呢？
这里用的是查表的方法，首先用Excel计算得出在每一种转速下的TH值和TL值，然后，分别放入DjH和DjL表中，在进入T1中断程序之后，将速度值变量Speed送入累加器ACC，然后减去基数25，使其基数从0开始计数，然后分别查表，送入TH1和TL1，实现重置定时初值的目的。
看完这一部份内容以后，请读者自行完成以下工作：
1．更改程序，将S1定义为“启动/停止”，而S2定义为“方向”，按下S2，切换电机旋转方向。
2．更改程序，要求转速从1到100。
3．更改程序，实现首位无效零消隐。
步进电机的单片机控制
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IO口提供信号；
而且电路简单，使用比较方便。
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
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。
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
三、理论设计
综和以上选取的方案，总的流程如图3－2所示。
图3－1
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IOB8～IOB13对L298N的IN1～IN4口和ENA、ENB口发送方波脉冲信号，起时序图如图3－3所示。
图3－2
图3－3
2、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IOB0和IOB1口对DATA和CLK发送数据。
图3－4
3、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。
图3－5
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