51步进电机驱动－[转]

大家好，通过以前的学习，我们已经对 51 单片机综合学习系统的使用方法及学习方式有所了解，学会了红外线遥控的基本知识，体会到了综合学习系统的易用性与易学性，这一期我们将一起学习步进电机控制的基本原理与使用方法。

先看一下我们将要使用的 51 单片机综合学习系统能完成哪些实验与产品开发工作：分别有流水灯，数码管显示，液晶显示，按键开关，蜂鸣器奏乐，继电器控制， IIC 总线， SPI 总线， PS ／ 2 实验， AD 模数转换，光耦实验，串口通信，红外线遥控，无线遥控，温度传感，步进电机控制等等。

本期实验我们用到了 51 单片机综合学习系统主机、步进电机，综合系统其他功能模块原理与使用详见前几期《电子制作》杂志及后期连载教程介绍。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，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 ( 称为“步距角” ) ，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差瀚度为 100 ％ ) 的特点，广泛应用于各种开环控制。

步进电机分类与结构

现在比较常用的步进电机分为三种：反应式步进电机 (VR) 、永磁式步进电机 (PM) 、混合式步进电机 (HB) 。本章节以反应式步进电机为例，介绍其基本原理与应用方法。反应式步进电机可实现大转矩输出，步进角一般为 1 ． 5 度。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。常用小型步进电机的实物如图 1 ，图 2 所示。

步进电机现场应用驱动电路

综合系统使用的是小型步进电机，对电压和电流 要求不是很高，为了说明应用原理，故采用最简单的驱动电路，目的在于验证步进电机的使用，在正式工业控制中还需在此基础上改进。一般的驱动电路可以用图 3 的形式。



在实际应用中一般驱动路数不止一路，用分立电路体积大，很多场合用现成的集成电路作为多路驱动。常用的小型步进电机驱动电路可以用 ULN2003 或 ULN12803 。本书配套实验板上用的是 ULN2003 。 ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。 ULN 2003A 由 7 组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成，具有同时驱动 7 组负载的能力，为单片双极型大功率高速集成电路。

ULN 2003A 型高压大电流达林顿晶体管阵列电路的典型应用电路框图如图 4 所示。钳位二极管用于保护线圈通断时的反电动势击穿集成电路，可以看出，该电路的应用非常简单。

1 ．步进电机的程序设计

实现功能：开发板上电时电机正转，按住 51 单片机综合学习系统上的按键 SW20 （ P14 ）时反转见图 5 。

电机正反转的环形脉冲分配表如下：





2. 硬件原理

图 6 所示为硬件原理

3 ．硬件原理图

图 7 所示为软件流程。

相信看到这里，你应该可以理解步进电机控制的原理是怎么样的了，你也可以根据自己的需要来设定步进电机的转动轨迹。由于篇幅有限，读者朋友可以通过本刊网站或电子邮件一起交流与学习。在下几期中，我们将陆续介绍 51 单片机综合学习系统的其他功能原理与应用。