【文章內容簡介】 供電 計算機 單片機 按鈕 驅動 速度設定 10 表 41 步進電機輸入信號分布表 連線序號 導線顏色 分配順序 1 2 3 4 5 紅 + + + + 4 橙 + + 3 黃 + + 2 粉 + + 1 藍 + + 如圖 44 所示 ， 28YBJ48 型步進電機 接 內部共有四 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)定地轉動。 控制信號功率的放大 單 片機不能直接驅動步進電機，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 ULN2021A 驅動芯片。 圖 45 ULN2021電路圖 （含負載） 由圖 45所示， ULN2021A 本質為達林頓管，其中 Q1， Q2， R2， R3 本質為以放大倍 11 數(shù)被加大的三極管。因此，當輸入信號為高電平時 ，三極管導通， 這時 負載左端， 即 芯片的信號輸出端為低電平 ，因此 ULN2021A 為反相輸出 。 此時 負載中有電流產生 。在本文中，負載即 為步進電機的某一 相 線圈，所以 當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生 ； 當輸入信號為低平時，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 ULN2021A 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和編程 考慮到步進電機正常工作所需要的時序分布以及 ULN2021A 的反相所用，單片機的輸出信號以及相應 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 單片機 輸 出 信號分布表 輸出接口 對應導線顏色 分配順序 一 二 三 四 橙 0 0 1 1 黃 0 1 1 0 粉 1 1 0 0 藍 1 0 0 1 對應 16進制數(shù) 0xF3 0xF6 0xFc 0xF9 12 根據(jù)以上輸出信號的描述，指定其系統(tǒng)流程圖為 圖 46 驅動程序流程圖 根據(jù)以上輸出信號的描述 以及過程流程圖 46， 相應的 單片機 C 語言 編寫為： include sbit FR=P1^0。 /*定義端口 對應著步進電機正反轉控制按鈕 */ sbit slow=P1^1。 /*定義端口 對應步進電機減速控制按鈕 */ sbit fast=P1^2。 /*定義端口 P1。 2 對應步進電機加速控制按鈕 */ int p。 /*定義 p 為延時常數(shù) */ void delay(int t) /*定義延時函數(shù) delay*/ { int k。 int i。 for(i=0。it。i++) for(k=0。k10。k++)。 } void main()/*主函數(shù) */ 上電 斷電 反向 減速 電機轉動 FR 按鍵是否按下 開始 slow 按鍵是否按下 fast 按鍵是否按下 結束 加速 13 { P0=0x00。 /*初始化 P0*/ FR=1。 /*初始化轉向為正向 */ p=50。 /*初始化 延時常數(shù) P*/ while(1) /*進入旋轉信號輸出循環(huán) */ { if(FR==1) /*正向 旋轉 */ { P2=0xF3。 delay(p)。 P2=0xF6。 delay(p)。 P2=0xFc。 delay(p)。 P2=0xF9。 delay(p)。 if(slow==0) /*按下按鈕 slow 電機減速 */ {delay(1000)。 /*減速按鍵防抖 */ if(slow==0) p=p+5。 } if(fast==0) /*按下按鈕 fast 電機加速 */ {delay(1000)。 /*減速按鍵防抖 */ if(fast==0) p=p5。 if(p=0) /*限 制 p為正整數(shù) */ p=5。} } else/*當 長 按下按鈕 FR時步進電機反 向轉動 */ { 14 P2=0xF3。 delay(p)。 P2=0xF9。 delay(p)。 P2=0xFc。 delay(p)。 P2=0xF6。 delay(p)。 } } } 程序說明：當系統(tǒng)上電以后，單片機開始工作，輸出控制信號。步進電機則按照預定的轉速轉向旋轉。當長按下按鍵 FR 后電機反相轉動。當按下按鍵 slow 后步進電機減速轉動。按下按鍵 fast 后步進電機加速轉動。 驅動系統(tǒng) 總電路 電路及說明 按照以上思路，驅動系統(tǒng)最終的驅動過程如下：電路上電后，單片機開始運行，運行已經(jīng)燒錄 至單片機內的程序。由于程序中已經(jīng)安排好控制信號的輸出方式，單片機就按照此方式將控制信號輸出 至 ULN2021A。 控制信號 經(jīng)過 ULN2021A 芯片的信號反相，功率放大 后 ，自 ULN2021A 芯片 的 輸出 接口輸出至步進電機。步進電機收到控制信號后開始工作。 過程中，按鍵開關開關實時對步進電機的轉向，控制進行控制 。 長按 FR 開關后，步進電機反方向轉動 ；松開 FR 開關后， 步進 電機正轉。 按下 slow 開關，步進電機減速；按下 fast 開關，步進電機減速。 以下圖 47為 實現(xiàn)以上功能所需要的電路原理圖，及電路原理圖各個元件在電路中的具體功能作用，如表 43。并且按照電路圖連接出了實際電路。 如圖 48 15 圖 47 驅動系統(tǒng)電路原理圖 表 43 驅動系統(tǒng)電路原理圖電路元件作用說 明 名稱 參數(shù) 作用 電阻 R1 10K 提供復位電平 電阻 R2,R3,R4 10K 限流 極性電容 10uF 提供復位電流 按鍵開關 FR 控制電機正反轉 按鍵開關 slow 控制電機減速 按鍵開關 fast 控制電機加速 電容 C1， C2 30pF 提高晶振的穩(wěn)定性能和抗干擾能力 電容 C1， C2 30pF 提高晶振的穩(wěn)定性能和抗干擾能力 晶振 12MHz 為單片機提供工作頻率 電阻 R5， R6， R7， R8 10K 上拉電阻 單片機 80C51 輸出控制信號，接收控制信號 電阻 R9， R10， R11， R12 分壓保護步進電機 芯片 ULN2021A 為步進電機提供穩(wěn)定的驅動信號 16 圖 48 驅動系統(tǒng) 實際電路 1. 單片機最小系統(tǒng) ： 如圖 49 所示，單片機最小系統(tǒng) 位單片機可以正常工作的最少元件組成的系統(tǒng) 。 Reset 管腳接復位電路，高電平復位。工作過程是，當系統(tǒng)上電時極性電容充電， Reset 管腳為高電平。 過后，電容充電完畢。 Reset 管腳恢復低電平 ，停止復位 。 XTAL1 與 XTAL2 管腳接晶振。 EA 管腳加高電平，表示單片機尋址地址為內置儲存器。 圖 49 單片機最小系統(tǒng) 接 Vcc 接 Gnd 80C51 步進電機 ULN2021A 12MHz 晶振 復位電路 復位開關 17 2. 按鍵開關部分：如圖 47 及圖 410 所示 ，三條開關 線 路分別與單片機 ， ， 管腳 相連。 使得三個管腳常態(tài)為高電平，當按鍵開關按下時，單片機檢測到這三個管腳電平為低電平。根據(jù)程序，對輸出信號進行控制。 圖 410 按鍵開關部分 3. 驅動芯片部分：如圖 411及圖 47 所示，輸入端 分別連接 ， ， ， 管腳 。輸出分別連接步進電機藍，粉，黃 ，橙導線。 由于負載過大，此處必須加上5個阻值為 10K 的上拉電阻。 圖 411 驅動芯片部分 18 第 5章 驅動系統(tǒng)硬件的焊接與調試 由于實際電路的制作是一個復雜動手的過程，對于本人專業(yè)來講相對較為陌生，按照理論電路圖焊接出來的電路也許會在很不起眼的地方出現(xiàn)各種小錯誤而導致整個電路不能正常工作。在電路的焊接過程中要注意的地方有很多，必須嚴格按照焊接的程序，以防止最后返工時錯誤過多而浪費時間和精力。 但是，無論多么小心的焊接電路，一次成功幾乎是不可 能的，在連接好電路為了防止元件燒壞，以及排除其他可以排除的錯誤，不得不對電路進行測試，以判斷錯誤的位置。 電路的焊接 本 電路的焊接采用錫焊。采用錫鉛焊料進行焊接的稱為錫鉛焊，簡稱錫焊，其機理是：在錫焊的過程中將焊料、焊件與銅箔在焊接熱的作用下，焊件與銅箔不熔化，焊料熔化并濕潤焊接面，依靠焊件、銅箔兩者問原子分子的移動，從而引起金屬之間的擴散形成在銅箔與焊件之間的金屬合金層，并使銅箔與焊件連接在一起，就得到牢固可靠的焊接點。焊接時，要保證每個焊點焊接牢固、接觸良好。要保證焊接質量。好的焊點應是錫點光亮， 圓滑而無毛刺，錫量適中。錫和被焊物融合牢固。不應有虛焊和假焊。虛焊是焊點處只有少量錫焊住，造成接觸不良，時通時斷。假焊是指表面上好像焊住了，但實際上并沒有焊上，有時用手一撥，元件就從焊點中拔出。這兩種情況將給電子制作的調試和檢修帶來極大的困難。 焊接電路板時，一定要控制好時間。太長，電路板將被燒焦，或造成銅箔脫落。從電路板上拆卸元件是，可將電烙鐵頭貼在焊點上，待焊點上的錫熔化后，將元件拔出。 對焊點的基本要求 1． 焊點要有足夠的機械強度，保證被焊件在受振動或沖擊時不致脫落、松動。不能用過多焊料堆積，這樣容易 造成虛焊、焊點與焊點的短路。 2． 焊接可靠，具有良好導電性，必須防止虛焊。虛焊是指焊料與被焊件表面沒有形成合金結構，只是簡單地依附在被焊金屬表面上。 3． 焊點表面要光滑、清潔，焊點表面應有良好光澤，不應有毛刺、空隙，無污垢，尤其是焊劑的有害殘留物質，要選擇合適的焊料與焊劑。 電路的檢查與調試 由于初學單片機等相關內容，而且在平時學習中有關電路連接的練習與實習較少， 19 在實際操作中會有各種錯誤和失誤出現(xiàn)，導致系統(tǒng)不能正常工作。 因此，在系統(tǒng)上電前