步进电机与8051微控制器接口

来源：电子产品世界

步进电机是一种无刷同步电机，它将整个旋转分成若干步。每个步进电机都有一些固定的步进角度，电机以这个角度旋转。在这篇文章中，我将向你展示如何使用两种不同的驱动器将步进电机与8051系统连接： L293D和ULN 2003。此外，这里还解释了使用8051单片机控制步进电机的方法。

(资料图片)

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使用8051单片机控制步进电机的原理

这些电路的主要原理是使步进电机以一个特定的步进角度逐步旋转。由于控制器不能提供电机所需的电流，所以使用ULN2003集成电路和L293D电机驱动器来驱动步进电机。

电路1：使用8051微控制器和L293D控制步进电机

本项目的第一个电路是使用L293D电机驱动器IC实现的。由于L293D电机驱动器有四个输出引脚的选项，所以只能用它来驱动一个双极步进电机。

电路图

双极步进电机与8051微控制器和L293D电机驱动器连接的电路图如下图所示。

使用8051

L293D控制步进电机的电路图

所需元件

AT89C51 (8051单片机)

L293D电机驱动器

5V双极步进电机

16X2的液晶显示器 Diaplay

11.0592 MHz 石英晶体

10KΩ 电阻器 X 2

10KΩ POT

8x 1KΩ 电阻器包

33pF 陶瓷电容 X 2

10μF/16V 电容

按钮 X 4

330Ω 电阻器

5V电源

电路设计

首先，LCD的数据引脚被连接到8051的PORT0引脚。由于PORT0没有任何内部的上拉，所以用一个电阻组来拉高PORT0。LCD的RS和E引脚被连接到8051的P2.0和P2.1。

RST引脚使用一个10KΩ的电阻被拉低。按钮和10μF电容的组合将被用来复位微控制器。另外，EA引脚使用一个10KΩ的电阻被拉高。

接下来是振荡器。它由两个33pF的电容和一个连接在8051的XTAL1和XTAL2引脚之间的11.0592MHz晶体组成。

来到电机驱动器，两个使能引脚和两个电源引脚被连接到+5V电源。四个输入连接到8051的PORT1引脚，即P1.0、P1.1、P1.2和P1.3。双极步进电机的四个引脚与L293D的四个输出引脚相连。

为了控制步进电机的方向，三个按钮被连接到PORT3的引脚上，即P3.0、P3.1和P3.2。

代码

工作原理

这个电路的工作非常简单。在程序中实现了一种叫做 "半步 "的方法来旋转步进电机。当按下前进按钮时，步进电机按顺时针方向旋转。

同样的，当按下向后的按钮时，它开始以逆时针方向旋转。要完全停止旋转，你可以按下停止按钮。

电路2：使用8051单片机和ULN2003控制步进电机

本项目的第二个电路是使用8051单片机和ULN2003实现步进电机控制。由于ULN2003晶体管阵列由7个输出组成，你可以控制单极和双极的步进电机。

在这个项目中，我将向你展示如何使用8051微控制器和ULN2003晶体管阵列来控制一个5线单极步进电机。

电路图

下面的图片显示了步进电机与8051微控制器和ULN2003连接的电路图。

使用8051单片机控制步进电机的电路图

电路元件

AT89C51单片机

ULN2003A

步进电机

晶体

电阻器

电容器

电路设计

该电路由AT89C51单片机、ULN2003A、电机组成。AT89c51是低功耗、高性能、CMOS 8位、8051系列微控制器。它有32条可编程的I/O线。它有4K字节的可编程和可擦除的Flash存储器。一个外部晶体振荡器被连接在微控制器的18和19引脚上。电机通过一个驱动IC连接到微控制器的端口2。

ULN2003A是一个电流驱动IC。它被用来驱动步进电机的电流，因为它需要超过60mA的电流。它是一个达林顿对阵列。它由七对具有共同发射极的达林顿阵列组成。该集成电路由16个引脚组成，其中7个是输入引脚，7个是输出引脚，其余的是VCC和地。前四个输入引脚与微控制器相连。以同样的方式，四个输出引脚连接到步进电机。

步进电机有6个引脚。在这6个引脚中，2个引脚连接到12V电源，其余的连接到步进电机的输出。步进电机以一个给定的步进角度旋转。旋转的每一步都是整个周期的一小部分。这取决于机械部件和驱动方法。

与所有的电机类似，步进电机将有定子和转子。转子有永久磁铁，定子有线圈。基本的步进电机有4个线圈，旋转角度为90度。这四个线圈是按循环顺序激活的。下图显示了轴的旋转方向。有不同的方法来驱动步进电机。下面将对其中的一些进行解释。

全步驱动： 在这种方法中，一次给两个线圈通电。因此，这里一次有两个相反的线圈被激发。

半步驱动： 在这种方法中，线圈是交替通电的。因此，它以半步角旋转。在这种方法中，可以一次给两个线圈通电，也可以给单个线圈通电。因此，它增加了每个周期的旋转次数。它显示在下图中。

如何操作这个步进电机驱动电路？

首先，打开电路。

微控制器开始驱动步进电机。

人们可以观察到步进电机的旋转。

步进电机有四根线。它们是黄色、蓝色、红色和白色。这些电线交替通电，如下图所示。

在全步驱动中，使用以下顺序

全步驱动

要以半步角驱动电机，请使用以下顺序

半步角

步进电机控制器电路的优点

消耗的功率较小。

它需要较低的工作电压。

步进电机控制应用

该电路可用于机器人应用。

它也可用于机械电子学应用。

步进电机可用于磁盘驱动器、矩阵打印机等。