手把手教你用增强型51实验板控制步进电机

笔者曾在2005年写过多篇使用增强型51实验板学习单片机知识的系列文章，前几期，我们已经学会了一些单片机基本原理及常见应用。今天，我们为大家讲解一下步进电机的基本原理以及其使用方法。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。在没有超出负载的情况下，步进电机的转动速度、停止的位置只取决于送给电机脉冲信号的频率和脉冲数，而不会受到负载变化的影响，如：我们给步进电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
    在初中物理课上，我们就已经接触到过电动机的原理，现在我们所接触到的常规交流或直流电机，都是加上相应的电压后，电机开始转动，断电后电机则停止转动，但对于步进电机，我们既能控制它的转动方向，又能控制它的转动速度，如：我们想让它来顺时针转2圈，逆时针转3圈，或者是先正转4圈再反转5圈。由此看来，步进电机的动作方式比常规电机显得更为灵活、方便，多用性。因此它已经涉及到了机械、电子及计算机等众多相关行业，如：打印机，绘图仪，机器人等应用。
    我们所使用的是12v的步进电机，为了方便演示及方便我们学习，我们直接将步进电机插到我们的实验板上专用接口，通过5V电源来供电。增强型51实验板采用ULN2003步进电机驱动电路，驱动端口为p0.0,p0.1,p0.2,p0.3。
    上面我们曾讲到步进电机是通过脉冲量和频率来控制电机的运行状况的，因此，我们只要通过控制单片机的p0.0,p0.1,p0.2,p0.3这几个端口的高低电平，我们就可以指定步进电机的转动方向及转动速度了，看到这里你肯定会想我们该如何来控制这些端口的电平呢，其实很简单，下面两张表已经非常直观地反映了步进电机正、反转的控制时序。

步进电机正转时序表

	步数	P0.3	P0.2	P0.1	P0.0
0xfe	1	1	1	1	0
0xfd	2	1	1	0	1
0xfb	3	1	0	1	1
0xf7	4	0	1	1	1

表1

    表1的意义为：如果要使步进电机正转，则我们应该依次给单片机P0口送出相应的控制字，如表1所示，分别向P0口输出0xfe，0xfd，0xfb，0xf7这四个值即可。

步进电机反转时序表

	步数	P0.3	P0.2	P0.1	P0.0
0xf7	1	0	1	1	1
0xfb	2	1	0	1	1
0xfd	3	1	1	0	1
0xfe	4	1	1	1	0

表2

     表2的意义类似于表1：如果要使步进电机反转，则我们应该依次给单片机P0口送出相应的控制字，如表2所示，分别向P0口输出0xf7，0xfb，0xfd，0xfe这四个值即可。
    现在大家应该对步进电机的控制大致有所了了解，我们暂且先不将理论内容研究得太深，我们的目标是学以致用，马上能够控制电机转到，下面我们就一起来动手做一下步进电机的实验，吸收了理论知识，还必须动手实践一下，这样大家才会有个感性的认识，同时也会更加激发你的兴趣，因为完成了以下的实验，就可以让电机听你的话，想让它正转就正转，反转就反转，而且可以灵活地控制它的转速。
    首先，将我们的51微型仿真器和步进电机插到增强型51实验板的相应端口上，同时插上外接电源变压器，非常简单，注意：步进电机一共有4条线，但我们与实验板相连的白色插口上共有6个孔，在插口的最左边空出了一个位置，用于标记插口方向，如图1所示。然后安装仿真及编程软件KEIL，位于配套光盘“仿真软件KEIL”目录下，它是我们进行仿真及编程的实验开发环境。安装完成后，在KEIL中新建一个“工程”，再新建一个C程序文件，在文件中输入以下程序代码，如图2所示，该代码的功能是让步进电机执行正转操作（KEIL具体的基本使用方法及步骤可以参见笔者于2005年4月写的“单片机快速入门”一文）：

 

sfr P0 = 0x80;
main()
{
int i,delay;
delay=2000;
while(1)
{
P0=0xfe;
for(i=0;iP0=0xfd;
for(i=0;iP0=0xfb;
for(i=0;iP0=0xf7;
for(i=0;i}
}

    或许看了以上代码你会有所疑问，下面就来讲述一下程序代码的工作原理吧。程序首行sfr P0=0x80 这一句定P0为P0端口在单片机片内的寄存器，以便在后面的语句中用P0=0xfe之类的语句来操作特殊功能寄存器。按程序执行顺序来看，P0分别被赋予的值有：0xfe，0xfd，0xfb，0xf7，符合我们表1中的正转时序，所以，步进电机会执行正转操作，可以联想到，如果我们要使步机电机作反转运动，只要将程序中P0输出的数值按表2中所示的时序即可，看到这里，你是不是也会觉得步进电机的方向控制是多么方便吧，只要改动少量的程序代码即可实现，在上面的程序中，细心的读者可能会马上发现，为什么每条P0赋值语句后面还都会有for(i=0;i    到这里，我们已经完成了程序调试工作及硬件的仿真。可以想象，一个最终的产品或一件最终的作品，总不可能老是拖着一根线和电脑连着来运行程序。这时，我们需要用到的设备就是编程器了，我们需要用编程器将程序文件烧入AT89S51单片机芯片，如图3所示，烧完后把芯片直接插到增强型51实验板上就可以脱离仿真器，而直接控制步进电机运行了。关于编程器的详细说明及使用，读者朋友可以参见笔者于2004年12月写的“经济实用型的51编程器”一文，关于仿真器的详细说明及使用，读者朋友可以参见笔者于2004年8月写的“经济型51仿真器”一文。
下面，我们来看一个综合例程，功能为步进电机先正转几圈，再反转几圈，其运行效果，读者可以将其直接粘入KEIL编程环境中，或者也可以直接从配套光盘“增强型实验板配套例程库”目录下找到该例子程序。
sfr P0 = 0x80;
main()
{
int i,j,count,delay;
count=20,delay=2000;
while(1)
{ //此处为电机正转代码开始
for (j=0;j{
P0=0xfe;
for(i=0;iP0=0xfd;
for(i=0;iP0=0xfb;
for(i=0;iP0=0xf7;
for(i=0;i}
//此处为电机反转代码开始
for (j=0;j{
P0=0xf7;
for(i=0;iP0=0xfb;
for(i=0;iP0=0xfd;
for(i=0;iP0=0xfe;
for(i=0;i}
}
}
    注意：程序中delay变量用于控制电机转速；count变量用于控制电机正反转的圈数。因此，只要更改这两个变量的初值就可以控制电机的正反转速度以及圈数了。贺祝你，如果你看到这里了，你已经可以自由发挥来控制步进电机的运转了，只要发挥你的想象力，根据上文中的表1和表2，编写相应的程序代码，电机就可以按你的意想去运转了，你也可以给你的电脑摄像头下安装一个步进电机，自己写个程序，呵呵，到时候可以通过软件来控制摄像头做任意角度的转动，可以大大发挥你学习的兴趣噢：）本期学习到此结束，增强型51实验板更多的学习内容，我们将在以后几期陆续为大家作介绍，祝大家学习顺利。

图1

图2

图3