步進(jìn)電機(jī)與8051微控制器接口

步進(jìn)電機(jī)是一種無(wú)刷同步電機(jī)，它將整個(gè)旋轉(zhuǎn)分成若干步。每個(gè)步進(jìn)電機(jī)都有一些固定的步進(jìn)角度，電機(jī)以這個(gè)角度旋轉(zhuǎn)。在這篇文章中，我將向你展示如何使用兩種不同的驅(qū)動(dòng)器將步進(jìn)電機(jī)與8051系統(tǒng)連接： L293D和ULN 2003。此外，這里還解釋了使用8051單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的方法。

使用8051單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的原理

 這些電路的主要原理是使步進(jìn)電機(jī)以一個(gè)特定的步進(jìn)角度逐步旋轉(zhuǎn)。由于控制器不能提供電機(jī)所需的電流，所以使用ULN2003集成電路和L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

電路1：使用8051微控制器和L293D控制步進(jìn)電機(jī)

本項(xiàng)目的第一個(gè)電路是使用L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC實(shí)現(xiàn)的。由于L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有四個(gè)輸出引腳的選項(xiàng)，所以只能用它來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)雙極步進(jìn)電機(jī)。

電路圖

雙極步進(jìn)電機(jī)與8051微控制器和L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接的電路圖如下圖所示。

使用8051單片機(jī)L293D控制步進(jìn)電機(jī)的電路圖

所需元件 

AT89C51 (8051單片機(jī)) 

L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 

5V雙極步進(jìn)電機(jī) 

16X2的液晶顯示器 Diaplay 

11.0592 MHz 石英晶體 

10KΩ 電阻器 X 2 

10KΩ POT 

8x 1KΩ 電阻器包 

33pF 陶瓷電容 X 2  

10μF/16V 電容 

按鈕 X 4 

330Ω 電阻器 

5V電源

電路設(shè)計(jì) 

首先，LCD的數(shù)據(jù)引腳被連接到8051的PORT0引腳。由于PORT0沒(méi)有任何內(nèi)部的上拉，所以用一個(gè)電阻組來(lái)拉高PORT0。LCD的RS和E引腳被連接到8051的P2.0和P2.1。

RST引腳使用一個(gè)10KΩ的電阻被拉低。按鈕和10μF電容的組合將被用來(lái)復(fù)位微控制器。另外，EA引腳使用一個(gè)10KΩ的電阻被拉高。

接下來(lái)是振蕩器。它由兩個(gè)33pF的電容和一個(gè)連接在8051的XTAL1和XTAL2引腳之間的11.0592MHz晶體組成。

來(lái)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，兩個(gè)使能引腳和兩個(gè)電源引腳被連接到+5V電源。四個(gè)輸入連接到8051的PORT1引腳，即P1.0、P1.1、P1.2和P1.3。雙極步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)引腳與L293D的四個(gè)輸出引腳相連。

為了控制步進(jìn)電機(jī)的方向，三個(gè)按鈕被連接到PORT3的引腳上，即P3.0、P3.1和P3.2。

代碼 

工作原理 

這個(gè)電路的工作非常簡(jiǎn)單。在程序中實(shí)現(xiàn)了一種叫做 "半步 "的方法來(lái)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)按下前進(jìn)按鈕時(shí)，步進(jìn)電機(jī)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。

同樣的，當(dāng)按下向后的按鈕時(shí)，它開(kāi)始以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。要完全停止旋轉(zhuǎn)，你可以按下停止按鈕。

電路2：使用8051單片機(jī)和ULN2003控制步進(jìn)電機(jī)

本項(xiàng)目的第二個(gè)電路是使用8051單片機(jī)和ULN2003實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制。由于ULN2003晶體管陣列由7個(gè)輸出組成，你可以控制單極和雙極的步進(jìn)電機(jī)。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我將向你展示如何使用8051微控制器和ULN2003晶體管陣列來(lái)控制一個(gè)5線(xiàn)單極步進(jìn)電機(jī)。

電路圖

下面的圖片顯示了步進(jìn)電機(jī)與8051微控制器和ULN2003連接的電路圖。

使用8051單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的電路圖

電路元件

AT89C51單片機(jī)

ULN2003A

步進(jìn)電機(jī)

晶體

電阻器

電容器

電路設(shè)計(jì)

該電路由AT89C51單片機(jī)、ULN2003A、電機(jī)組成。AT89c51是低功耗、高性能、CMOS 8位、8051系列微控制器。它有32條可編程的I/O線(xiàn)。它有4K字節(jié)的可編程和可擦除的Flash存儲(chǔ)器。一個(gè)外部晶體振蕩器被連接在微控制器的18和19引腳上。電機(jī)通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)IC連接到微控制器的端口2。

ULN2003A是一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)IC。它被用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的電流，因?yàn)樗枰^(guò)60mA的電流。它是一個(gè)達(dá)林頓對(duì)陣列。它由七對(duì)具有共同發(fā)射極的達(dá)林頓陣列組成。該集成電路由16個(gè)引腳組成，其中7個(gè)是輸入引腳，7個(gè)是輸出引腳，其余的是VCC和地。前四個(gè)輸入引腳與微控制器相連。以同樣的方式，四個(gè)輸出引腳連接到步進(jìn)電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)有6個(gè)引腳。在這6個(gè)引腳中，2個(gè)引腳連接到12V電源，其余的連接到步進(jìn)電機(jī)的輸出。步進(jìn)電機(jī)以一個(gè)給定的步進(jìn)角度旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的每一步都是整個(gè)周期的一小部分。這取決于機(jī)械部件和驅(qū)動(dòng)方法。

與所有的電機(jī)類(lèi)似，步進(jìn)電機(jī)將有定子和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子有永久磁鐵，定子有線(xiàn)圈。基本的步進(jìn)電機(jī)有4個(gè)線(xiàn)圈，旋轉(zhuǎn)角度為90度。這四個(gè)線(xiàn)圈是按循環(huán)順序激活的。下圖顯示了軸的旋轉(zhuǎn)方向。有不同的方法來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。下面將對(duì)其中的一些進(jìn)行解釋。

全步驅(qū)動(dòng)： 在這種方法中，一次給兩個(gè)線(xiàn)圈通電。因此，這里一次有兩個(gè)相反的線(xiàn)圈被激發(fā)。

半步驅(qū)動(dòng)： 在這種方法中，線(xiàn)圈是交替通電的。因此，它以半步角旋轉(zhuǎn)。在這種方法中，可以一次給兩個(gè)線(xiàn)圈通電，也可以給單個(gè)線(xiàn)圈通電。因此，它增加了每個(gè)周期的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。它顯示在下圖中。

如何操作這個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路？

首先，打開(kāi)電路。

微控制器開(kāi)始驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

人們可以觀察到步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。

步進(jìn)電機(jī)有四根線(xiàn)。它們是黃色、藍(lán)色、紅色和白色。這些電線(xiàn)交替通電，如下圖所示。

在全步驅(qū)動(dòng)中，使用以下順序

全步驅(qū)動(dòng)

要以半步角驅(qū)動(dòng)電機(jī)，請(qǐng)使用以下順序

半步角

步進(jìn)電機(jī)控制器電路的優(yōu)點(diǎn)

消耗的功率較小。

它需要較低的工作電壓。

步進(jìn)電機(jī)控制應(yīng)用

該電路可用于機(jī)器人應(yīng)用。

 它也可用于機(jī)械電子學(xué)應(yīng)用。

步進(jìn)電機(jī)可用于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、矩陣打印機(jī)等。