单片机控制步进电机2.txt

关于使用单片机控制步进电机的原理及源程序

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     注册┆登录┆发表文章    用单片机控制步进电机     2006-05-30 20:57:32 
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  <冰林转载>
   
   
  步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 


  一、步进电机常识
      常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 
  或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；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
  35BY48S03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5
      
  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。
  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) TH1 TL1 实际定时（us）
  25 50000 76 0 49996.8
  26 48077 82 236 48074.18
  27 46296 89 86 46292.61
  28 44643 95 73 44640.155
  … … … … …
  100 12500 211 0 12499.2
      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  EQU 25  ;起始转动速度
  MaxSpd   EQU 100 ;最高转动速度
  Speed  DATA 23H ;流动速度计数
  DjCount  DATA 24H ;控制电机输出的一个值，初始为11110 111
  Hidden EQU 10H ;消隐码
  Counter DATA 57H ;显示计数器
  DISPBUF DATA 58H ;显示缓冲区

      ORG    0000H
      AJMP   MAIN
  ORG 000BH
  JMP DISP
  ORG 001BH
  JMP DJZD
      ORG     30H
  MAIN:   
      MOV   SP,#5FH
      MOV   P1,#0FFH
  MOV A,#Hidden
  MOV DispBuf,A
  MOV DispBuf+1,A
  MOV DispBuf+2,A

  MOV DjCount,#11110111B
      MOV   SPEED,#MinSpd ;起始转动速度送入计数器
      CLR    StartEnd ;停转状态
  MOV TMOD,#00010001B ;
  MOV TH0,#HIGH(65536-3000)
  MOV TL0,#LOW(65536-3000)
  MOV TH1,#0FFH;
  MOV TL1,#0FFH
  SETB TR0
  SETB EA
  SETB ET0
  SETB ET1

  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:
  MOV A,Speed
  MOV B,#10
  DIV AB
  MOV DispBuf+5,B ;最低位
  MOV B,#10
  DIV AB
  MOV DispBuf+4,B
  MOV DispBuf+3,A
  JB StartEnd,m_Next2
  CLR TR1 ;关闭电机
  JMP LOOP
  ORL P1,#11110000B
  m_Next2:
  SETB TR1 ;启动电机
      AJMP   LOOP  ;主程序结束
  ;---------------------------------------
  D10ms:  
  ……
  ;---------延时程序,键盘处理中调用
  KEYPROC:
      MOV     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
      JB      ACC.3,KeySty
      JB      ACC.4,UpSpd
      JB      ACC.5,DowSpd
      AJMP    KEY_RET
  StartStop:
      SETB StartEnd    ;启动
      AJMP    KEY_RET
  KeySty:  
  CLR StartEnd; ;停止
      AJMP    KEY_RET
  UpSpd:
      INC     SPEED;
      MOV    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:
      AJMP    KEY_RET
  DowSpd:
      DEC     SPEED
      MOV     A,SPEED
      CJNE    A,#MAXSPD,KEY_RET ;不等（未到最大值），返回
  MOV SPEED,#MinSpd;
  KEY_RET:
      RET

  KEY:    
  ……获取键值的程序
      RET

  DjZd: ;定时器T1用于电机转速控制
  PUSH ACC
  PUSH PSW
  MOV A,Speed
  SUBB A,#MinSpd ;减基准数
  MOV DPTR,#DjH
  MOVC A,@A+DPTR
  MOV TH1,A
  MOV A,Speed
  SUBB A,#MinSpd
  MOV DPTR,#DjL
  MOVC A,@A+DPTR
  MOV TL1,A
  MOV A,DjCount
  CPL A
  ORL P1,A
  MOV A,DjCount
  JNB ACC.7,d_Next1
  JMP d_Next2
  d_Next1:
  MOV DjCount,#11110111B
  d_Next2:
  MOV A,DjCount
  RL A
  MOV DjCount,A ;回存
  ANL P1,A
  POP PSW
  POP ACC
  RETI

  DjH: DB 76,82,89,95,100,106,110,115,119,123,12……
  DjL: DB 0,236,86,73,212,0,214,96,163,165
  ……

  DISP: ;显示程序
  POP PSW
  POP ACC
  ……
  RETI
  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
  文章引用自：http://www.yqxmcu.com/Html/wangyoubenzhanDIY/064210842375370_3.htm 
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