Question

基于51单片机步进电机的控制及细分驱动电路

我的邮箱sailor3848352@163.com
拜求高手指点，希望能附带相应的电路图，和一定的说明。。。谢谢给位大虾了！！！

Answer 1

参考：
http://hi.baidu.com/chary8088/blog/item/177332ce39cef70a92457ea9.html

接触单片机快两年了，不过只是非常业余的兴趣，实践却不多，到现在还算是个初学者吧。这几天给自己的任务就是搞定步进电机的单片机控制。以前曾看过有关步进电机原理和控制的资料，毕竟自己没有做过，对其具体原理还不是很清楚。今天从淘宝网买了一个EPSON的UMX-1型步进电机，此步进电机为双极性四相，接线共有六根，外形如下图所示：

拿到步进电机，根据以前看书对四相步进电机的了解，我对它进行了初步的测试，就是将5伏电源的正端接上最边上两根褐色的线，然后用5伏电源的地线分别和另外四根线（红、兰、白、橙）依次接触，发现每接触一下，步进电机便转动一个角度，来回五次，电机刚好转一圈，说明此步进电机的步进角度为360/(4×5)＝18度。地线与四线接触的顺序相反，电机的转向也相反。

如果用闭陆埋单片机来控制此步进电机，则只需分别依次给四线一定时间的脉冲电流，电机便可连续转动起来。通过改变脉冲电流的时间间隔，就可以实现对转速的控制；通过改变给四线脉冲电流的顺序，则可实现对转向的控制。所以，设计了如下电路图：

C51程序代码为：

代码一

#include <AT89X51.h>

static unsigned int count;
static unsigned int endcount;

void delay();

void main(void)
{
count = 0;
P1_0 = 0;
P1_1 = 0;
P1_2 = 0;
P1_3 = 0;

EA = 1; //允许CPU中断
TMOD = 0x11; //设定时器0和悉宴1为16位模式1
ET0 = 1; //定时器0中断允许

TH0 = 0xFC;
TL0 = 0x18; //设定时每隔1ms中断一次
TR0 = 1; //开始计数

startrun:

P1_3 = 0;
P1_0 = 1;
delay();
P1_0 = 0;
P1_1 = 1;
delay();
P1_1 = 0;
P1_2 = 1;
delay();
P1_2 = 0;
P1_3 = 1;
delay();
goto startrun;
}

//定时器0中断处理
void timeint(void) interrupt 1
{
TH0=0xFC;
TL0=0x18; //设定时每隔1ms中断一次
count++;
}

void delay()
{
endcount=2;
count=0;
do{}while(count<endcount);
}

将上面的程序编译，用ISP下载线下载至单片机运行，步进电机便转动起来了，初步告捷！

不过，上面的程序轿蚂还只是实现了步进电机的初步控制，速度和方向的控制还不够灵活，另外，由于没有利用步进电机内线圈之间的“中间状态”，步进电机的步进角度为18度。所以，我将程序代码改进了一下，如下：

代码二

#include <AT89X51.h>

static unsigned int count;
static int step_index;

void delay(unsigned int endcount);
void gorun(bit turn, unsigned int speedlevel);

void main(void)
{
count = 0;
step_index = 0;
P1_0 = 0;
P1_1 = 0;
P1_2 = 0;
P1_3 = 0;

EA = 1; //允许CPU中断
TMOD = 0x11; //设定时器0和1为16位模式1
ET0 = 1; //定时器0中断允许

TH0 = 0xFE;
TL0 = 0x0C; //设定时每隔0.5ms中断一次
TR0 = 1; //开始计数

do{
gorun(1,60);
}while(1);

}

//定时器0中断处理
void timeint(void) interrupt 1
{
TH0=0xFE;
TL0=0x0C; //设定时每隔0.5ms中断一次
count++;
}

void delay(unsigned int endcount)
{
count=0;
do{}while(count<endcount);
}

void gorun(bit turn,unsigned int speedlevel)
{
switch(step_index)
{
case 0:
P1_0 = 1;
P1_1 = 0;
P1_2 = 0;
P1_3 = 0;
break;
case 1:
P1_0 = 1;
P1_1 = 1;
P1_2 = 0;
P1_3 = 0;
break;
case 2:
P1_0 = 0;
P1_1 = 1;
P1_2 = 0;
P1_3 = 0;
break;
case 3:
P1_0 = 0;
P1_1 = 1;
P1_2 = 1;
P1_3 = 0;
break;
case 4:
P1_0 = 0;
P1_1 = 0;
P1_2 = 1;
P1_3 = 0;
break;
case 5:
P1_0 = 0;
P1_1 = 0;
P1_2 = 1;
P1_3 = 1;
break;
case 6:
P1_0 = 0;
P1_1 = 0;
P1_2 = 0;
P1_3 = 1;
break;
case 7:
P1_0 = 1;
P1_1 = 0;
P1_2 = 0;
P1_3 = 1;
}

delay(speedlevel);

if (turn==0)
{
step_index++;
if (step_index>7)
step_index=0;
}
else
{
step_index--;
if (step_index<0)
step_index=7;
}

}

改进的代码能实现速度和方向的控制，而且，通过step_index静态全局变量能“记住”步进电机的步进位置，下次调用 gorun（）函数时则可直接从上次步进位置继续转动，从而实现精确步进；另外，由于利用了步进电机内线圈之间的“中间状态”，步进角度减小了一半，只为9度，低速运转也相对稳定一些了。

但是，在代码二中，步进电机的运转控制是在主函数中，如果程序还需执行其它任务，则有可能使步进电机的运转收到影响，另外还有其它方面的不便，总之不是很完美的控制。所以我又将代码再次改进：

代码三

#include <AT89X51.h>

static unsigned int count; //计数
static int step_index; //步进索引数，值为0－7

static bit turn; //步进电机转动方向
static bit stop_flag; //步进电机停止标志
static int speedlevel; //步进电机转速参数，数值越大速度越慢，最小值为1，速度最快
static int spcount; //步进电机转速参数计数
void delay(unsigned int endcount); //延时函数，延时为endcount*0.5毫秒
void gorun(); //步进电机控制步进函数

void main(void)
{
count = 0;
step_index = 0;
spcount = 0;
stop_flag = 0;

P1_0 = 0;
P1_1 = 0;
P1_2 = 0;
P1_3 = 0;

EA = 1; //允许CPU中断
TMOD = 0x11; //设定时器0和1为16位模式1
ET0 = 1; //定时器0中断允许

TH0 = 0xFE;
TL0 = 0x0C; //设定时每隔0.5ms中断一次
TR0 = 1; //开始计数

turn = 0;

speedlevel = 2;
delay(10000);
speedlevel = 1;
do{
speedlevel = 2;
delay(10000);
speedlevel = 1;
delay(10000);
stop_flag=1;
delay(10000);
stop_flag=0;
}while(1);

}

//定时器0中断处理
void timeint(void) interrupt 1
{
TH0=0xFE;
TL0=0x0C; //设定时每隔0.5ms中断一次

count++;

spcount--;
if(spcount<=0)
{
spcount = speedlevel;
gorun();
}

}

void delay(unsigned int endcount)
{
count=0;
do{}while(count<endcount);
}

void gorun()
{
if (stop_flag==1)
{
P1_0 = 0;
P1_1 = 0;
P1_2 = 0;
P1_3 = 0;
return;
}

switch(step_index)
{
case 0: //0
P1_0 = 1;
P1_1 = 0;
P1_2 = 0;
P1_3 = 0;
break;
case 1: //0、1
P1_0 = 1;
P1_1 = 1;
P1_2 = 0;
P1_3 = 0;
break;
case 2: //1
P1_0 = 0;
P1_1 = 1;
P1_2 = 0;
P1_3 = 0;
break;
case 3: //1、2
P1_0 = 0;
P1_1 = 1;
P1_2 = 1;
P1_3 = 0;
break;
case 4: //2
P1_0 = 0;
P1_1 = 0;
P1_2 = 1;
P1_3 = 0;
break;
case 5: //2、3
P1_0 = 0;
P1_1 = 0;
P1_2 = 1;
P1_3 = 1;
break;
case 6: //3
P1_0 = 0;
P1_1 = 0;
P1_2 = 0;
P1_3 = 1;
break;
case 7: //3、0
P1_0 = 1;
P1_1 = 0;
P1_2 = 0;
P1_3 = 1;
}

if (turn==0)
{
step_index++;
if (step_index>7)
step_index=0;
}
else
{
step_index--;
if (step_index<0)
step_index=7;
}

}

在代码三中，我将步进电机的运转控制放在时间中断函数之中，这样主函数就能很方便的加入其它任务的执行，而对步进电机的运转不产生影响。在此代码中，不但实现了步进电机的转速和转向的控制，另外还加了一个停止的功能，呵呵，这肯定是需要的。

步进电机从静止到高速转动需要一个加速的过程，否则电机很容易被“卡住”，代码一、二实现加速不是很方便，而在代码三中，加速则很容易了。在此代码中，当转速参数speedlevel 为2时，可以算出，此时步进电机的转速为1500RPM，而当转速参数speedlevel 1时，转速为3000RPM。当步进电机停止，如果直接将speedlevel 设为1，此时步进电机将被“卡住”，而如果先把speedlevel 设为2，让电机以1500RPM的转速转起来，几秒种后，再把speedlevel 设为1，此时电机就能以3000RPM的转速高速转动，这就是“加速”的效果。

在此电路中，考虑到电流的缘故，我用的NPN三极管是S8050，它的电流最大可达1500mA，而在实际运转中，我用万用表测了一下，当转速为1500RPM时，步进电机的电流只有90mA左右，电机发热量较小，当转速为60RPM时，步进电机的电流为200mA左右，电机发热量较大，所以NPN三极管也可以选用9013，对于电机发热量大的问题，可加一个10欧到20欧的限流电阻，不过这样步进电机的功率将会变小。

由于在下浅薄，错误和问题难免，请各位不吝赐教！

Answer 2

1、采用1-2 相励磁法实现电机的正转控制。

　　单片机的I/O口驱动电流较小，一般无法直接驱动步进电机，采用ULN2003作为步进电机的驱动芯片，ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关状态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。只需按表9-2（c）的8个步序向P1口发送数据，通过ULN2003的驱动，即谈伏可实现步进电机按1-2相励磁法正转运行利用接在单片机P3.7口的开关对步进电机的正反转进行控制，当开关闭合时，步进电机正转运行，当开关断开时，步进电机反转运行。此处采用1相励磁法。利用查表方式通过两组开关实现三种励磁状态的切换。

　　两组开关实现三种励磁状态切换的电路所示。利用接在P3.0、P3.1口的两个开关的四种状态实现步进电机的1相励磁、2相励磁、1-2相励磁及停止状枣侍裤态的切换。开关实现步进电机运行状态切换
由于三种励磁状态每拍的状态均为已知，在软件设计中，可以将这些状态预先存储到3个数组当中，根据2组开关凳简的状态去查询对应的数组即可实现步进电机励磁方式的切换。