使用单片机控制步进电机的资料和代码详细说明

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。

T89C2051单片机驱动步进电机的电路和源码

程序

stepper.c

stepper.hex

/*

* STEPPER.C

* sweeping stepper‘’s rotor cw and cww 400 steps

* Copyright （c） 1999 by W.Sirichote

*/

#include c：mc518051io.h /* include i/o header file */

#include c：mc518051reg.h

register unsigned char j，flag1，temp;

register unsigned int cw_n，ccw_n;

unsigned char step［8］={0x80，0xc0，0x40，0x60，0x20，0x30，0x10，0x90}

#define n 400

/* flag1 mask byte

0x01 run cw（）

0x02 run ccw（）

*/

main（）

{

flag1=0;

serinit（9600）;

dISAble（）; /* no need timer interrupt */

cw_n = n; /* initial step number for cw */

flag1 |=0x01; /* initial enable cw（） */

while（1）{

{

tick_wait（）; /* wait for 10ms elapsed */

energize（）; /* round-robin execution the following tasks every 10ms */

cw（）;

ccw（）;

}

}

}

cw（）{

if（（flag1&0x01）！=0）

{

cw_n--; /* decrement cw step number */

if （cw_n ！=0）

j++; /* if not zero increment index j */

else

{flag1&=~0x01; /* dISAble cw（） execution */

ccw_n = n; /* reload step number to ccw counter */

flag1 |=0x02; /* enable cww（） execution */

}

}

}

ccw（）{

if（（flag1&0x02）！=0）

{

ccw_n--; /* decremnent ccw step number */

if （ccw_n ！=0）

j--; /* if not zero decrement index j */

else

{flag1&=~0x02; /* dISAble ccw（） execution */

cw_n = n; /* reload step number to cw counter */

flag1 |=0x01; /* enable cw（） execution */

}

}

}

tick_wait（）{ /* cputick was replaced by simpler ASM code 10ms wait */

asm“ JNB TCON.5，*”; /* wait for TF0 set */

asm“ CLR TCON.5”; /* clear TF0 for further set */

asm“ ORL TH0，#$DC”; /* reload TH0 with $DC， TL0 = 0 */

}

energize（）{

P1 = step［（j&0x07）］; /* only step 0-7 needed */

}

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。

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） 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