梅濤

【摘 要】本文通過(guò)綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從硬件和軟件兩方面研究了基于80c51單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)PROTEL軟件對(duì)電路板的的繪制以及PROTEUS的仿真，證明了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

【關(guān)鍵詞】80c51；單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)

1、前言

步進(jìn)電機(jī)有慣性小、轉(zhuǎn)矩大、反應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn)，可以滿足即時(shí)啟動(dòng)和停止的需求，因此，具有廣泛的應(yīng)用前景。步進(jìn)電機(jī)和其他元件比較起來(lái)，一般不用反饋就可以對(duì)距離和速率進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，并且出來(lái)的轉(zhuǎn)角或距離相對(duì)較高，誤差也不累計(jì)；制控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，與配套設(shè)備兼容，售價(jià)較低。所以，在直流電機(jī)伺服系統(tǒng)、交流電機(jī)伺服系統(tǒng)大量應(yīng)用在計(jì)算機(jī)制控系統(tǒng)中的同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)卻仍然可以統(tǒng)治簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床、送料機(jī)構(gòu)、儀器、儀表等領(lǐng)域。為此，本文綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從硬件和軟件兩方面研究了其實(shí)現(xiàn)方法，并通過(guò)PROTEUS、PROTEL軟件實(shí)現(xiàn)了80c51單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，最后給出仿真結(jié)果和分析。

2、實(shí)現(xiàn)方案的選擇

本文提出的兩種方案，按如下描述。

2.1 方案一。采用ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片。鍵盤輸入信號(hào)，然后輸入單片機(jī)STC89C52的P3口低四位，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的編程處理，將信號(hào)由單片機(jī)的P2口低四位輸出。進(jìn)入驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003，從而控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，單片機(jī)對(duì)由鍵盤輸入的信號(hào)編程處理，用單片機(jī)的P0口輸出信號(hào)，進(jìn)入液晶顯示屏1602。

2.2 方案二。采用L297+L298的經(jīng)典電路設(shè)計(jì)。采用四個(gè)獨(dú)立按鍵輸入信號(hào)，與單片機(jī)STC89C52的高四位相連接，輸入信號(hào)，再由單片機(jī)編程處理，由P2.0，P2.1，P2.2輸出，進(jìn)入芯片L297輸入端，再有A，B，C，D四個(gè)輸出端口輸入到L298的輸入端IN1，IN2，IN3，IN4，最后輸出端OUT1，OUT2，OUT3，OUT4輸出信號(hào)，二相四拍控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)，停止，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，加速減速。

2.3 方案論證及選擇。方案一中uln2003相當(dāng)于繼電器的作用，例如7個(gè)繼電器的一端連某電壓[也即uln2003電源電壓]（<50）在一起，而另一端作為則作為輸出，就像一個(gè)二極管，只不過(guò)因電路集成功能的因素，輸出的電壓等同于uln2003的電壓罷了，常用于步進(jìn)電機(jī)。方案二中的L298/L297可以為負(fù)載提供雙向的電流。適合驅(qū)動(dòng)2相或4相的步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)，特別是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方向要改變時(shí)，只須把原來(lái)電機(jī)方向的電位置反即可（port1/port2電平一高一低控制電機(jī)B；port3/port4電平一高一低控制電機(jī)A，電平改變時(shí)電機(jī)的方向也隨即改變，而A pwm/B pwm 則分別控制電機(jī)AB的速度），而uln2003則須要重新改變電圖上的接線或外加器件接成h橋電路才行。并且方案二只需要給L297一個(gè)脈沖信號(hào)即可，對(duì)單片機(jī)的管腳占用少編程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。故綜合比較判斷，采用第二種設(shè)計(jì)方案完成此次設(shè)計(jì)任務(wù)。

3、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

設(shè)計(jì)中由單片機(jī)的P2.0，P2.1，P2.2三個(gè)口輸入信號(hào)到驅(qū)動(dòng)模塊。先經(jīng)過(guò)L297，L297芯片中的EN，CW和CLOCK三個(gè)引腳跟別接在單片機(jī)的P2.0，P2.1，P2.2。RES和HALF兩個(gè)引腳接高電平，OSC引腳接在VCC。輸出端A，B，C，D分別接在L298的四個(gè)輸入端口IN1，IN2，IN3，IN4。然后經(jīng)過(guò)的L298芯片，最后輸出信號(hào)通過(guò)OUT1，OUT2，OUT3，OUT4，最終控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 Keil軟件及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。Keil軟件把指令植入菜單欄，同時(shí)還供應(yīng)了一個(gè)可以即時(shí)確定指令按鍵的工具欄以及信息提示窗口、對(duì)話框等。Keil軟件能夠同時(shí)審查多個(gè)源碼文件，它有兩大模式：1、Keil軟件可以譯碼幾乎全部的應(yīng)用程序并合成可以運(yùn)行的程序，這個(gè)模式的詳細(xì)特點(diǎn)隨后在新建應(yīng)用時(shí)再討論；2、Keil軟件可以為各種應(yīng)用軟件供應(yīng)一個(gè)強(qiáng)大的調(diào)試器，這個(gè)模式在隨后的調(diào)試程序介紹時(shí)再詳述。這兩種模式有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是都可以用Keil Vision3的編碼器來(lái)調(diào)整源碼。

4.2 單片機(jī)主程序。單片機(jī)主程序主要是整個(gè)系統(tǒng)控制的核心框架，不僅控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還起著銜接子程序模塊的作用。在考慮系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能的情況下，設(shè)計(jì)的主程序的流程如下：

IT0 = 1；//外部中斷信號(hào)負(fù)跳變有效

EA = 1；//開(kāi)總控制開(kāi)關(guān)

EX0 = 1；//開(kāi)中斷

P2_0=0；//P2.0口賦初值

P3_4=1；//K1為高電平

P3_5=1；//K2為高電平

P3_6=1； //K3為高電平

P3_7=1； //K4為高電平

Lcd_Init（）；//進(jìn)入LCD初始化

printXY（0，1，"Speed（r/m）："）；//LCD顯示第二行

printXY（0，0，"Direction： front"）；//LCD顯示第一行

disspeed（）；//調(diào)入disspeed子函數(shù)

while（1）

{

delay（speed）；//延時(shí)

P2_2=～P2_2；//P2.2口不斷的取反

}

LCD顯示程序

對(duì)于LCD程序，其主要包括LCD的初始化，LCD的讀寫數(shù)據(jù)，LCD的狀態(tài)的讀取，LCD寫指令以及LCD顯示一個(gè)字符和一串字符。

LCD的初始化主要是對(duì)LCD的模式的設(shè)置、清屏以及顯示光標(biāo)位置的設(shè)置。該部分程序如下：

void Lcd_Init（void）

{

delay1_64ms（）；

Lcd_Write（0，0x38）； //8位數(shù)據(jù)端口，2行顯示，5*7點(diǎn)陣

Lcd_Write（0，0x38）；

Lcd_Write（0，0x38）；

Lcd_SetDisplay（0x04）； //開(kāi)啟顯示， 無(wú)光標(biāo)|

Lcd_Cursor|Lcd_Flash

Lcd_SetInput（0x02|0x00）； //AC遞增， 畫面不動(dòng)_To

}

LCD顯示字符程序主要是對(duì)光標(biāo)位置的設(shè)置以及LCD字符的顯示設(shè)置，LCD顯示字符的程序如下：

void Lcd_SetDisplay（uchar DisplayMode）

{

Lcd_Write（0，0x08|DisplayMode）；

}

void Lcd_SetInput（uchar InputMode）

{

Lcd_Write（0，0x04|InputMode）；

}

4.3 仿真驗(yàn)證及結(jié)果分析。此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)用的是Proteus7仿真軟件對(duì)電路程序進(jìn)行仿真。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，也選用了利用ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行對(duì)比，但是由于ULN2003只能驅(qū)動(dòng)4相步進(jìn)電機(jī)。軟件編程過(guò)于復(fù)雜，并且出現(xiàn)許多問(wèn)題，如每次轉(zhuǎn)動(dòng)都有回轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

5、結(jié)論

基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要用到了STC89C52單片機(jī)，L297，L298步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，紅外遙控，獨(dú)立鍵盤，LCD1602液晶顯示屏，USB數(shù)據(jù)線，串行線等元器件。本課題開(kāi)發(fā)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也有許多不完善的地方，需要進(jìn)行多方面的后續(xù)開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步增強(qiáng)其功能。

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