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![项目12步进电机控制_单片机原理与接口技术（第2版）_[共3页]](https://img.taocdn.com/s1/m/47e840122cc58bd63086bd5c.png)
常用外围设备接口电路 250 第8章 DEC R0 ；显示缓冲区调整JNZ LS2CLR RS1 ；恢复工作寄存器组POP DPLPOP DPHRETLS0： DB 0C0H ，0F9H ，0A4H ，0B0H ，99H ，92H ；字型码DB 82H ，0F8H ，80H ，90H ，88H ，83H ，0C6HDB 0A1H ，86H ，8EH ，0FFH ，0CH ，89H ，7FH ，0BFHEND4．思考与讨论（1）老师与同学之间讨论的问题① 本程序采用的是动态显示电路，如何将其改变成静态显示电路？其程序的哪些方面要进行相应的修改？② 这个任务可以采用程序查询方式而不用中断方式来实现吗？两种方式各有何种特点？（2）同学与同学之间讨论的问题，训练倾听和协作的能力以下问题只是一个参考，鼓励同学之间提出不同的问题，老师可以适当地参与讨论并答疑解惑。
① 同学A 提出的问题：该程序运行后总是从0开始计时，是否可以设置一个暂停键，其功能是按下暂停键后停止当前计时，再按下该键时可以连续计时？② 同学B 提出的问题：是否可以设置两种功能键盘，暂停后的连续计时和清零计时？ A 和B 两个同学互相提问并做相应的回答，把这些内容记录下来然后写在作业本上。
项目12步进电机控制1．项目概述 步进电机是一种能够在脉冲的控制下一步一步进行旋转的特种电机。
从步进电机的结构来看，错齿是使步进电机旋转的根本原因，当某相通电，相应的齿对齐，迫使电机旋转一个步距角，未通电的各相的齿出现了新的错位，改变通电的顺序和通电的相数，就可以组合出其他的运行方式。
显然，给步进脉冲，电机就转，不给步进脉冲，步进电机就停止。
步进脉冲频率越高，步进电机转速越快，反之越慢。
改变各相的通电方式（也称脉冲分配）可以改变步进电机的运行方式。
改变通电顺序，可以改变步进电机的正、反转。
2．应用环境由于步进电机具有在脉冲信号的控制下快速启动、停止、加速、减速、正转和反转等特性，。
单片机与步进电机的接口技术
一．目的与PROTEUS实践
1.用A T89c51单片机控制步进电机启/停、正转、反转。
2.用PROTEUS实现该接口的电路设计和程序设计，并进行实时交互仿真。
二．PROTEUS电路设计
单片机控制步进电机电路原理图如图所示。
1. 从PROTEUS库中选取元器件
（1）AT89C51：单片机
（2）ULN2003A：运放；
（3）MINRES10K：电阻
（4）BUTTON：按钮
（5）CAP、CAP-ELEC：电容、电解电容
（6）CRYSTAL：晶振
（7）MOTOR-STEPPER：单极性步进电机
2.步进电机
单极性步进电机原理图符号及其属性如图所示，各属性值可根据需要修改。
3.放置元器件、放置电源和地、连线、元器件属性设置、电气检测
由驱动器ULN2003A输出到电动机的控制线标注为1C、2C、3C、4C，相应的电动机引脚中断标注为“1C、2C、3C、4C”。
控制电动机的单片机引脚P1.0~P1.3引出的电线依次标注为AB0~AB3。
电路中有3个按键，分别为“K1”键使电动机停止转动；“K2”使电动机正转；“K3”使电动机反转。
三．源程序设计、生成目标代码文件
1.源程序设计
2.生成目标代码
四.仿真
1.加载目标代码文件
打开元器件单片机属性窗口，在“Program File”栏中添加上面编译好的目标代码文件，在
“Clock Frequency”栏中输入晶振频率为12MHZ。
2.仿真
单击按钮，启动仿真，运行初始状态电动机不动。
（1）单片机控制电动机正转
（2）单片机控制电动机反转。
116//C语言程序段如下。
outportb(0x303,0x0e);delay(10);outportb(0x303,0x0f);又如，利用82C55A的PC6，产生方波，送到喇叭，使其产生不同频率的声音，其汇编语言程序段如下。
MOV DX,303H ;82C55A命令端口L: MOV AL,00001101B ;置PC6=1OUT DX,ALCALL DELAY1 ;PC6输出高电平维持的时间MOV AL,00001100B ;置PC6=0OUT DX,ALCALL DELAY1 ;PC6输出低电平维持的时间JMP L改变DELAY1的延时时间，即可改变喇叭发声的频率。
//C语言程序段如下。
outportb(0x303,0x0d); //写命令,置PC6=1delay(100);//调用延时程序,延时100msoutportb(0x303,0x0c); //写命令，置PC6=0delay(100);（3）关于两个命令的使用①两个命令的最高位（D7）都分配作为特征位。
设置特征位的目的是为了解决端口共用。
82C55A 有两个命令，但只有一个命令端口，当两个命令写到同一个命令端口时，就用特征位加以识别。
②按位置位/复位命令虽然是对C端口进行按位输出操作，但它不能写入做数据口用的C端口，只能写入命令口，原因是它不是数据，而是命令，要按命令的格式来解释和执行。
这一点初学者往往容易弄错，要特别留意。
7.4 步进电机控制接口设计例7.1 步进电机控制接口电路设计。
1．要求设计一个四相六线式步进电机接口电路，要求按四相双八拍方式运行，当按下开关SW2时，步进电机开始运行；当按下开关SW1时，步进电机停止。
2．分析按照两侧分析法，要对接口的I/O设备一侧，即连接的对象步进电机进行分析。
首先，CPU与步进电机之间的数据交换是无条件传输，因此可利用82C55A的0方式设计步进电机控制接口。
其次，本例题接口的被控对象是步进电机，那么，若想对步进电机实施控制，就要了解步进电机的控制原理及控制方法。
步进电机接口技术
根据环行分配器的不同构成步进电机驱动电气系统可以有两类：硬件环行分配器步进电机驱动电气系统和软件环行分配器步进电机驱动电气系统。
如下面两图：
硬件环行分配器步进电机驱动电路
软件环行分配器步进电机驱动电路
问题：
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①无论哪种系统，从环行分配器输出的都是数字电平信号，而步进电机需要的是大功率电压信号。
②步进电机的大功率强电信号对微机有干扰。
解决问题的方法：
①采用光电耦合电路将步进电机的强电信号与微机的弱电信号进行隔离及电平转换。
②采用功率放大器进行功率放大。
1.光电隔离电路
光电隔离电路设置在环行分配器和功率放大电路之间。
光电隔离电路已经是一个集成电路器件，一般叫光电耦合器。
有利用TTL电路构成的光电耦合器，也有利用CMOS电路构成的光电耦合器,工作原理一样。
●光电耦合器的组成
光电耦合器由发光源和受光器两部分组成：
发光源：砷化镓红外发光二极管
受光器：光敏三极管
达林顿管
光敏集成电路
发光源和受光器两部分结构相对独立，但被封闭在同一个不透明的管壳内，并由绝缘透明树脂隔开。
●光电耦合器的封装形式
管式
双列直插式
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光导纤维连接式
●
光电耦合器的结构和符号
2．光电耦合器的工作原理
当有电流流过发光二极管时，发光二极管发光。
光敏三极管接受光照后即可导通，从而产生电信号。
使用光电耦合器时必须接外电路。
主要考虑接驱动器和外接电阻。
驱动器有同相驱动和反相驱动之分；输出电路也有同相输出和反相输出之分。
反相驱动同相输出 同相驱动反相输出
同相驱动同相输出反相驱动反相输出3．光电耦合电路的特点
光电耦合电路具有如下特点：
①光电耦合器的信号传递采取电—光—电的形式，发光部分和受光部分不接触，因此具有很高的绝缘电阻，可达1010欧姆以上，并能承受2000伏以上的高压，因而被耦合的两个部分可以自成系统，也不需要“共地”，绝缘性和隔离性都很好，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰。
②光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，动态电阻很小，对系统内外的噪音干扰信号形成低阻抗旁路，所以具有很强的抑制噪音干扰能力。
③光电耦合器作为开关应用时，具有耐用、可靠性高和速度快等优点，响应时间一般为数微秒以内，高速型光电耦合器的响应时间甚至小于10钠秒。
2．功率放大电路
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●单电压驱动电路
●单电压驱动简化电路
●单电压驱动改进型电路
●高低压驱动电路
高低压驱动电路原理图
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高低压驱动电路波形图●恒流斩波驱动电路
恒流斩波驱动电路原理图
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恒流斩波驱动电路波形图
3．光电耦合器的外电路设计
以GO101光电耦合器为例，计算外接电路的输入电阻、输出电阻阻值。
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光电隔离器电路
● 驱动器选择
发光二极管的驱动器通常选择74系列电路。
● 输入电阻计算
F
OL
F CC I U U U Ri --=1
式中：
F I ：驱动电流，选 F I ＝10 mA
1CC U ：驱动电路的电源电压，查表1CC U ＝5V F U ：光敏二极管的正向电压,查表F U ＝1.2V
OL U ：
驱动电路输出低电平时的电压，查表OL U ＝0.5V
所以：
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Ω
=*--=
--=
-33010105021531..I U U U Ri F
OL F CC 附表1： TTL 集成电路参数
注: 此电路为同相驱动，只有当7407输出低电平时发光二极管才有电流流过，所以，取输出低电平时电压值OL U 作为计算参数。
附表2： GO100系列三极管型光电隔离器参数表
续附表2：GO100系列三极管型光电隔离器参数表
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● 输出回路电阻计算
C
BE CC C I U U R 22-= A
CES BE CC A I U U U R --=22 式中：
2CC U ： 步进电机驱动电压，选步进电机型号为55BF004，查表得出：2CC U ＝27V
BE U ：晶体管基极到发射极电压，BE U =0.7V 这两个公式里所减的2BE U 是后面功放电路中T1和T2的发射结导通电压降。
CES U ：GO101光电耦合器输出饱和压降，查表CES U =0.4V
当有电流I A 流过光敏三极管时，必须考虑光敏三极管的饱和压降。
注：这部分计算与功放电路有关，见后面。
4. 功放电路的计算
功放电路的功能是将环形分配器送来的弱电信号
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变为强电信号，设计中采用了晶体管单电压型的驱动电路。
它具有控制方便，调试容易和线路简单等优点。
见下图
隔离驱动电路计算图
● 确定电流I A 、I C 、I G 、I D 、I B 、I E 、I P
I P ：步进电机每一相绕组的相电流，查55BF004型号步进电机：P I =3 A
所以：
Ip = 3 A
P I 与B I 的关系：
FE
P B h I I 式中：
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h FE ：共发射极直流电流放大系数。
指在没有交流信号输入时，共发射极电路输出的集电极直流电流与基极输入的直流电流之比。
3DD15绿点时FE h =80~120，取 FE h = 100 所以：
mA mA A h I I FE P B 30100
)(30001003==== 即：
I B = 30 mA
流入3DK4的电流G I 与B I 、E I 的关系： FE E B G h I I I += 3DK4绿点时FE h =50~110，取 FE h = 80 而：
mA ..K U I BE E 701
70)(1==Ω= 所以：
mA ..h I I I FE E B G 384080
7030=+=+= 即：
I E = 0.7 mA
I G = 0.384 mA
而：
mA ..I I I E B D 7307030=+=+=
即：
I D = 30.7 mA
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又：
A G C I I I += (见光电隔离电路) 式中：
I A ：光敏三极管的输出电流
20TR F A C I I *=
而：
I F ：光隔离器的驱动电流，F I ＝10 mA C TR20：环境温度在20°时光隔离器的电流传输比。
查表2，GO101型光隔离器的20TR C ＝(10~30)%，取20TR C ＝20％
则：
mA %C I I TR F A 2201020=*=*= 所以：
mA ..IA I I G C 384223840=+=+= 即：
I A = 2mA
I C = 2.384mA
● 确定电阻R C 、R A 、R D
Ω=**-==--k ...I U U R C BE CC C 741010
384270227232
第 15 页 Ω
=*-*-==---k ...I U U U R A
CES BE CC A 61210
24070227232 Ω=*--==---8441073040702732...I U U U R D
CES BE CC D。
