【正文】 圖 410 驅(qū)動(dòng)芯片部分 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。輸出分別與步進(jìn)電機(jī)藍(lán)，粉，黃，橙導(dǎo)線相連接。根據(jù)程序，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)按鍵開關(guān)按下時(shí)，單片機(jī)檢測到這三個(gè)管腳為低電平。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路原理圖電路元件作用說明： 電阻 R1 參數(shù)； 10K,作用：提供復(fù)位電平 電阻 R2， R3， R4 參數(shù)； 10K,作用；限流 極性電容參數(shù)： 10uF，作用：提供復(fù)位電流 按鍵開關(guān) FR：控制電機(jī)正反轉(zhuǎn) 按鍵開關(guān) fast：控制電機(jī)加速 按鍵開關(guān) slow：控制電機(jī)減速 電容 C1， C2 參數(shù)： 30pF，作用：增大晶振的穩(wěn)定性能和抗干擾能力 晶振參數(shù)： 12MHz ， 作用：為單片機(jī)提供工作頻率 電阻 R5， R6， R7， R8 參數(shù)： 10K ，作用：上拉電阻 單片機(jī) 80C51 作用：輸出控制信號(hào)，接收控制信號(hào) 電阻 R9， R10， R11， R12 參數(shù)： ,作用：分壓保護(hù)步進(jìn)電機(jī) 芯片 ULN2020a 作用：為步進(jìn)電機(jī)提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 接 Vcc 接 Gnd 80C51 步進(jìn)電機(jī) ULN2020A 12MHz 晶振 復(fù)位電路 復(fù)位開關(guān) 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。具體如下： 長按 FR 開關(guān)后，步進(jìn)電機(jī)將反方向轉(zhuǎn)動(dòng)；松開 FR 開關(guān)后，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。因?yàn)榭刂菩盘?hào)的輸出方式在程序中已經(jīng)設(shè)計(jì)好，單片機(jī)將按照此方式輸出控制信號(hào)到 ULN2020a。 按下按鍵 slow 后，步進(jìn)電機(jī)減速運(yùn)轉(zhuǎn)。 長按下按鍵 FR 后，電機(jī)就會(huì)反相旋轉(zhuǎn)。步【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 delay(p)。 delay(p)。 delay(p)。 delay(p)。 if(p=0) /*限制 p 為正整數(shù) */ p=5。 } if(fast==0) /*按下按鈕 fast 電機(jī)加速 */ {delay(1000)。 if(slow==0) /*按下按鈕 slow 電機(jī)減速 */ {delay(1000)。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 delay(p)。 delay(p)。 delay(p)。 /*初始化轉(zhuǎn)向?yàn)檎?*/ p=50。 } void main()/*主函數(shù) */ { P0=0x00。k10。it。 int i。 /*定義端口 對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)加速控制按鈕 */ int p。 /*定義端口 對(duì)應(yīng)著步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制按鈕 */ sbit slow=P1^1。 通過以上輸出信號(hào)的介紹，其系統(tǒng)流程圖為 圖 46 驅(qū)動(dòng)程序流程圖 C 語言程序編寫為： 供電 斷電 反向 減速 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) FR 按鍵是否按下 開始 slow 按鍵是否按下 fast 按鍵是否按下 結(jié)束 加速 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。三對(duì)應(yīng) 1，對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)是 0xFc。 當(dāng)輸出接口為 ，對(duì)應(yīng)導(dǎo)線顏色是橙，步進(jìn)電機(jī)正常工作的分配順序是一對(duì)應(yīng) 0，對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)是 0xF3。三對(duì)應(yīng) 1，對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)是 0xFc。 當(dāng)輸出接口為 ，對(duì)應(yīng)導(dǎo)線顏色是黃，步進(jìn)電機(jī)正 常工作的分配順序是一對(duì)應(yīng) 0，對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)是 0xF3。三對(duì)應(yīng) 0，對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)是 0xFc。 當(dāng)輸出接口為 ，對(duì)應(yīng)導(dǎo)線顏色是粉，步進(jìn)電機(jī)正常工作的分配順序是一對(duì)應(yīng) 1，對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)是 0xF3。三對(duì)應(yīng) 0，對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)是 0xFc。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 片機(jī)輸出信號(hào)分布 當(dāng)輸出接口為 ，對(duì)應(yīng)導(dǎo)線顏色是藍(lán)，步進(jìn)電機(jī)正常工作的分配順序是一對(duì)應(yīng) 1，對(duì)應(yīng)的 16 進(jìn)制數(shù)是 0xF3。 綜上所述，將單片機(jī)四個(gè) I/O 接口與 ULN2020a 輸入接口相連接，就能夠起到控制步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)放大反相的作用，使得步進(jìn)電機(jī)正常工作。 圖 45 ULN2020 電路圖（含負(fù)載） 在本文中，達(dá)林頓管放大倍數(shù)是兩個(gè)三極管放大倍數(shù)的乘積，能達(dá)到相當(dāng)明顯的功率放大效果。 驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)用 因?yàn)閱纹瑱C(jī) I/O 接口的輸出的功率比較小，輸出的信號(hào)也很不穩(wěn)定，所以單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，必須通過在單片機(jī) I/O 接口的下方接功率驅(qū)動(dòng)單元的方法來完成。其輸入信號(hào)分布如表 42 所示。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)選橙 4 黃 3 粉 2 藍(lán) 1 紅 5 M 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào) 圖 44 28YBJ48 型步進(jìn)電機(jī) 接線指示圖 表 42 步進(jìn)電機(jī)輸入信號(hào)分布表 連線序號(hào) 導(dǎo)線顏色 分配順序 1 2 3 4 5 紅 + + + + 4 橙 + + 3 黃 + + 2 粉 + + 1 藍(lán) + + 28YBJ48 型步進(jìn)電機(jī) 接內(nèi)部共有四相線圈， 如圖 44 所示， 其中 Vcc 端共接在一起，為紅線。電源和變壓整流電路使得單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片在安全穩(wěn)定的直流高電平下，持續(xù)穩(wěn)定的正常工作。 表 41 P3 口引腳的第二功能 引腳 功能 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(shí)器 0 的外部輸入） T1（定時(shí)器 1 的外部輸出） （片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 “寫 ”選通控制輸出） （片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 “讀 ”選通控制輸出） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu) 圖 43 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 實(shí)時(shí)控制 錄入程序 方向設(shè)定 電源 驅(qū)動(dòng)電路及有關(guān)芯片 M 供電 供電 供電 計(jì)算機(jī) 單片機(jī) 按鈕 驅(qū)動(dòng) 速度設(shè)定 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 ⒋ I/O 線 80C51 共有 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32 個(gè)引腳。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ ⑴ EA 功能：內(nèi)外 ROM 選擇端。 4） EA/Vpp:內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。 ⑴ RST（ Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。 2） PSEN:外 ROM 讀選通信號(hào)。 ⒈ 電源 : 1） VCC 芯片電源，接 +5V； 2） VSS 接 地端； ⒉ 時(shí)鐘 :XTAL XTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 圖 42 80C51 單片機(jī)管腳圖 單片機(jī)管腳如圖 42 所示，對(duì)各個(gè)管腳功能的說明如下。 80C51 單片機(jī)主要結(jié)構(gòu)組成 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。另外，由于采用了靜態(tài)設(shè)計(jì)，可用來調(diào)節(jié)的操作頻率范圍也被增大了，可以使頻率降低至零 。而 80C51 是 MCS51 系列單片機(jī)中 CHMOS 工藝的代表。因此在本次設(shè)計(jì)中選用了低功耗型 80C51 單片機(jī)。 80C51 單片機(jī)的基本介紹 MCS51 系列單片機(jī)由于具有抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境的普遍適用、靈活性強(qiáng)等獨(dú)有優(yōu)勢，因此被廣泛使用。 單片機(jī)是有 運(yùn)算器 、控制器、存儲(chǔ)器、 輸入輸出設(shè)備 組成。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 引腳 15：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 2腳信號(hào)輸入端。 引腳 13：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 4腳信號(hào)輸入端。 引腳 11：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 6腳信號(hào)輸入端。如果該引腳接地 ,也就是達(dá)林頓管 的集電極對(duì)地接通。 引腳 9：該引腳是內(nèi)部 7個(gè)續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接各達(dá)林頓管的集電極。 引腳 7： CPU 脈沖輸入端。 引腳 5： CPU 脈沖輸入端。 引腳 3： CPU 脈沖輸入端。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ 圖 38 ULN2020a 引腳介紹 引腳 1： CPU 脈沖輸入端，端口對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)輸出端。C to +85176。 模塊配置 :7 NPN 電壓 , Vceo:50V 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子?？捎糜谥苯域?qū)動(dòng)繼電器和步進(jìn)電機(jī)等負(fù)載。由于具有電流增益高、工作的電壓高、溫 度范圍寬、帶負(fù)載的能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人！ ULN2020a 其實(shí)就是由七個(gè)硅 NPN 復(fù)合晶體管組成的大電流驅(qū)動(dòng)陣列，具有耐高壓，電流大的特性。 集成功率驅(qū)動(dòng)接口 在當(dāng)今市場上，已經(jīng)開發(fā)研究出諸多種用于驅(qū)動(dòng)小功率步進(jìn)電機(jī)的集成功率驅(qū)動(dòng)接口，功能也很大眾化，我們可以根據(jù)研究的需要進(jìn)行選擇。繞組提供的電壓與電機(jī)的運(yùn)行頻率成正比例關(guān)系。這種功率接口的優(yōu)點(diǎn)是：高頻響應(yīng)達(dá)到了明顯的提高，幾乎可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩的輸出，并且消除了共振現(xiàn)象，但是它的電路設(shè)計(jì)太過復(fù)雜。如此反復(fù)繼續(xù)下去，電機(jī)繞組電流就將在通過設(shè)定電壓所決定的數(shù)值上小幅度波動(dòng)，產(chǎn)生小小的鋸齒波，如圖 35 所示。在這時(shí)電流就將會(huì)按照指數(shù)曲線負(fù)增長，而且電流采樣值也會(huì)隨著變小。由于電機(jī)繞組具有的電感很大，在此時(shí)由二極管 VD 持續(xù)提供電流，繞組【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。圖中 R 做電流采樣用的小阻值電阻，即稱為采樣電阻。該驅(qū)動(dòng)是在當(dāng)前比較常用、效果很好的一種功率接口。 斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口 恒流驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思路是，電機(jī)在低頻、高頻、鎖定各個(gè)工作狀態(tài)時(shí)，通過控制導(dǎo)通相繞組的電流保持恒定不變。（當(dāng)這個(gè)數(shù)值與電機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)相當(dāng)時(shí)比較合適）。圖中，在設(shè)定高壓管 VTH的導(dǎo)通時(shí)間 tl時(shí)，既不能太大也不能太小，一定要恰當(dāng)，當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間設(shè)定的太大時(shí)，電機(jī)的電流過載；當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間設(shè)定的太小時(shí)，動(dòng)態(tài)性能沒有達(dá)到明顯的改善。在高低壓驅(qū)動(dòng)功率接口中。高低壓驅(qū)動(dòng)的原理是，不考慮電機(jī)工作頻率的因素，持續(xù)運(yùn)用高電壓 UH供電，達(dá)到增大至導(dǎo)通相繞組的電流前沿之后，再使用低電壓 UL來維持該繞組的電流。 高低壓功 率驅(qū)動(dòng)接口 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)在低頻段仍然可以通過單電壓驅(qū)動(dòng)，在高頻段時(shí)具有很好的高頻特性，但是在靜止鎖定時(shí)，電機(jī)功耗減小。當(dāng) Uh 為高電平， TH導(dǎo)通， DL反偏，高電壓UH對(duì)繞組供電。所以功率接口方式需要兩個(gè)控制信號(hào)， Uh 是高壓的有效控制信號(hào)電源轉(zhuǎn)換電路， U 是脈沖調(diào)寬驅(qū)動(dòng)的控制信號(hào)。雙電壓驅(qū)動(dòng)的功率接口如圖 33所示。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。在通常情況下，簡單的單電壓驅(qū)動(dòng)線路中， Rs 是不可缺少的。電路如圖 32 所示。 圖 31 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器 單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口 單電壓驅(qū)動(dòng)是指唯一一個(gè)方向的電機(jī)繞組的電壓供電，使其工作，這是最簡單的電路。運(yùn)用單片機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖中點(diǎn)劃線所包圍的二個(gè)單元。 表 21 該步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù) 序號(hào) 主要參數(shù) 1 額定電壓： 5VDC 2 直流電阻： 60 歐 加減 7%（ 25 攝氏度） 3 減速比： 1/64 4 步距角： 度 /64 5 驅(qū)動(dòng)方式：四項(xiàng)八拍 6 牽入轉(zhuǎn)矩：大于 (工作頻率： 100PPS) 7 打滑扭力： 8001300 8 溫升：小于 55K（ 5VDC 工作頻率： 100PPS) 9 噪音：小于 35DB（空載， 100PPS,水平距馬達(dá) 10CM) 10 絕對(duì)耐壓： 600V AC/1 秒 11 引線拉力強(qiáng)度： 1Kgf/條 圖 24 28YBJ48 型步進(jìn)電機(jī) 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 考慮到實(shí)驗(yàn)室材料和驅(qū)動(dòng)功率大小等實(shí)際條件，以及連線的方便與否。 當(dāng) 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，綜上所述，【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。當(dāng)直接（低速）起動(dòng)時(shí) ，要考慮二種負(fù)載的相互作用結(jié)果，當(dāng)加速起動(dòng)時(shí)，主要考慮慣性負(fù)載的作用，當(dāng)恒速運(yùn)行事，僅考慮摩擦負(fù)載的作用。那么，靜態(tài)力矩又和電機(jī)工作的負(fù)載直接相關(guān)，而負(fù)載又分為二種，慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載。在今市場上，不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)對(duì)應(yīng)著不同的步距角。 電機(jī)的步距角由負(fù)載精度的要求所決定，在加減速過程中，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的最小分辨率，每個(gè)電機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角度。傻子是會(huì)吃虧的人，瘋子是會(huì)行動(dòng)的人