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先看一下我們將要使用的51單片機綜合學習系統能完成哪些實驗與產品開發工作：分別有流水燈，數碼管顯示，液晶顯示，按鍵開關，蜂鳴器奏樂，繼電器控制，IIC總線，SPI總線，PS/2實驗，AD模數轉換，光耦實驗，串口通信，紅外線遙控，無線遙控，溫度傳感，步進電機控制等等。
上圖是我們將要使用的51單片機綜合學習系統硬件平臺，本期實驗我們用到了綜合系統主機、步進電機，綜合系統其它功能模塊原理與使用詳見前幾期《電子制作》雜志及后期連載教程介紹。
步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應用于各種開環控制。
步進電機分類與結構
現在比較常用的步進電機分為三種：反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）。本章節以反應式步進電機為例，介紹其基本原理與應用方法。反應式步進電機可實現大轉矩輸出，步進角一般為1.5度。反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產生轉矩。常用小型步進電機的實物如圖1所示。
圖1步進電機實物圖
圖2 步進電機內部圖
步進電機現場應用驅動電路
綜合系統使用的是小型步進電機，對電壓和電流要求不是很高，為了說明應用原理，故采用最簡單的驅動電路，目的在于驗證步進電機的使用，在正式工業控制中還需在此基礎上改進。一般的驅動電路可以用圖3的形式。
圖3 一般驅動電路
在實際應用中一般驅動路數不止一路，用上圖的分立電路體積大，很多場合用現成的集成電路作為多路驅動。常用的小型步進電機驅動電路可以用ULN2003或ULN2803。本書配套實驗板上用的是ULN2003。ULN2003是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點，適應于各類要求高速大功率驅動的系統。ULN2003A由7組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網絡以及鉗位二極管網絡構成，具有同時驅動7組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。ULN2003內部結構及等效電路圖如圖4：
圖4 ULN2003內部框圖及等效電路圖
ULN2003A型高壓大電流達林頓晶體管陣列電路的典型應用電路框圖如圖5所示。鉗位二極管用于保護線圈通斷時的反電動勢擊穿集成電路，可以看出，該電路的應用非常簡單。
圖5 典型應用圖
步進電機的程序設計
實現功能：開發板上電時電機正轉，按住51單片機綜合學習系統上的按鍵SW20（P14）時反轉。
圖6 步進電機實驗演示圖
電機正反轉的環形脈沖分配表如下：
|
步數 |
P00 |
P01 |
P02 |
P03 |
|
A |
B |
/A |
/B | |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
表1：正轉環形脈沖分配表
|
步數 |
P00 |
P01 |
P02 |
P03 |
|
A |
B |
/A |
/B | |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
0 |
1 |
1 |
0 |
表2：反轉環形脈沖分配表
硬件原理圖
圖7 硬件原理圖
程序流程圖
圖8 軟件流程圖
軟件代碼
/****************************************************/
/*http://www.hificat.com*/
/*步進電機演示程序*/
/*目標器件：AT89S51*/
/*晶振:11.0592MHZ*/
/*編譯環境：Keil 7.50A*/
/***************************************************/
/*********************************包含頭文件********************************/
#include <reg51.h>
/*********************************端口定義**********************************/
sbit key = P1^4;
/*************************************************************
函數功能:延時子程序
入口參數:
出口參數:
************************************************************/
void delay(void)
{
int k;
for(k=0;k<2000;k++);
}
/************************************************************
函數功能:主程序
入口參數:
出口參數:
***********************************************************/
void main()
{
P0=0x00;//輸出全高
key=1;//按鍵置輸入狀態
while(1)//主循環
{
if(key==1)//無鍵按下正轉
{
P0=0xFC;//1100
delay();
P0=0xF6;//0110
delay();
P0=0xF3;//0011
delay();
P0=0xF9;//1001
delay();
}
else//有鍵按下反轉
{
P0=0xFC;//1100
delay();
P0=0xF9;//1001
delay();
P0=0xF3;//0011
delay();
P0=0xF6;//0110
delay();
}
}
}
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