一、步進電機常識
    常見的步進電機分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB），永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。

二、永磁式步進電機的控制
    下面以電子愛好者業(yè)余制作中常用的永磁式步進電機為例，來介紹如何用單片機控制步進電機。
    圖1是35BY型永磁步進電機的外形圖，圖2是該電機的接線圖，從圖中可以看出，電機共有四組線圈，四組線圈的一個端點連在一起引出，這樣一共有5根引出線。要使用步進電機轉(zhuǎn)動，只要輪流給各引出端通電即可。將COM端標(biāo)識為C，只要AC、 C、BC、 C，輪流加電就能驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，加電的方式可以有多種，如果將COM端接正電源，那么只要用開關(guān)元件（如三極管），將A、 、B、 輪流接地。
    下表列出了該電機的一些典型參數(shù)：
表1　35BY48S03型步機電機參數(shù)
型號 步距角 相數(shù) 電壓 電流 電阻 最大靜轉(zhuǎn)距 定位轉(zhuǎn)距 轉(zhuǎn)動慣量
35BY48S03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5
    有了這些參數(shù)，不難設(shè)計出控制電路，因其工作電壓為12V，最大電流為0.26A，因此用一塊開路輸出達林頓驅(qū)動器（ULN2003）來作為驅(qū)動，通過P1.4~P1.7來控制各線圈的接通與切斷，電路如圖3所示。開機時，P1.4~P1.7均為高電平，依次將P1.4~P1.7切換為低電平即可驅(qū)動步進電機運行，注意在切換之前將前一個輸出引腳變?yōu)楦唠娖�。如果要改變電機的轉(zhuǎn)動速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機的轉(zhuǎn)動方向，只要改變各線圈接通的順序。

圖1　35BY48S03型步進電機外形圖

圖2　35BY48S03型步進電機的接線圖
 

圖3　單片機控制35BY48S03型步進電機的電路原理圖
三、步進電機的驅(qū)動實例
    要求：控制電路如圖3所示，開機后，電機不轉(zhuǎn)，按下啟動鍵，電機旋轉(zhuǎn)，速度為25轉(zhuǎn)/分，按下加1鍵，速度增加，按下減1鍵，速度降低，最高速度為100轉(zhuǎn)/分，最低轉(zhuǎn)帶為25轉(zhuǎn)/分，按下停止鍵，電機停轉(zhuǎn)。速度值要求在數(shù)碼管上顯示出來。

1．要求分析
    按上面的分析，改變轉(zhuǎn)速，只要改變P1.0~P1.3輪流變低電平的時間即可達到要求，這個時間不應(yīng)采用延時來實現(xiàn)，因為會影響到其他功能的實現(xiàn)。這里以定時的方式來實現(xiàn)。下面首先計算一下定時時間。
按要求，最低轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分，而上述步進電機的步距角為7.5，即每48個脈沖為1周，即在最低轉(zhuǎn)速時，要求為1200脈沖/分，相當(dāng)于50ms/脈沖。而在最高轉(zhuǎn)速時，要求為100轉(zhuǎn)/分，即48000脈沖/分，相當(dāng)于12.5ms/脈沖�？梢粤谐鱿卤�
表1　步進電機轉(zhuǎn)速與定時器定時常數(shù)關(guān)系
速度 單步時間(us) TH1 TL1 實際定時（us）
25 50000 76 0 49996.8
26 48077 82 236 48074.18
27 46296 89 86 46292.61
28 44643 95 73 44640.155
… … … … …
100 12500 211 0 12499.2
    表中不僅計算出了TH1和TL1，而且還計算出了在這個定時常數(shù)下，真實的定時時間，可以根據(jù)這個計算值來估算真實速度與理論速度的誤差值。
表中TH1和TL1是根據(jù)定時時間算出來的定時初值，這里用到的晶振是11.0592M。有了上述表格，程序就不難實現(xiàn)了，使用定時/計數(shù)器T1為定時器，定時時間到后切換輸出腳即可。

2．程序?qū)崿F(xiàn)
    定義DSB－1A實驗板的S1為啟動鍵，S2為停止鍵，S3為加1鍵，S4為減1鍵，程序如下：
 
StartEnd bit  01H ;起動及停止標(biāo)志
MinSpd  EQU 25  ;起始轉(zhuǎn)動速度
MaxSpd   EQU 100 ;最高轉(zhuǎn)動速度
Speed  DATA 23H ;流動速度計數(shù)
DjCount  DATA 24H ;控制電機輸出的一個值，初始為11110 111
Hidden EQU 10H ;消隱碼
Counter DATA 57H ;顯示計數(shù)器
DISPBUF DATA 58H ;顯示緩沖區(qū)

    ORG    0000H
    AJMP   MAIN
ORG 000BH
JMP DISP
ORG 001BH
JMP DJZD
    ORG     30H
MAIN:  
    MOV   SP,#5FH
    MOV   P1,#0FFH
MOV A,#Hidden
MOV DispBuf,A
MOV DispBuf+1,A
MOV DispBuf+2,A

MOV DjCount,#11110111B
    MOV   SPEED,#MinSpd ;起始轉(zhuǎn)動速度送入計數(shù)器
    CLR    StartEnd ;停轉(zhuǎn)狀態(tài)
MOV TMOD,#00010001B ;
MOV TH0,#HIGH(65536-3000)
MOV TL0,#LOW(65536-3000)
MOV TH1,#0FFH;
MOV TL1,#0FFH
SETB TR0
SETB EA
SETB ET0
SETB ET1

LOOP:  ACALL   KEY   ;鍵盤程序
    JNB     F0,m_NEXT1 ;無鍵繼續(xù)
    ACALL   KEYPROC  ;否則調(diào)用鍵盤處理程序
m_NEXT1:
MOV A,Speed
MOV B,#10
DIV AB
MOV DispBuf+5,B ;最低位
MOV B,#10
DIV AB
MOV DispBuf+4,B
MOV DispBuf+3,A
JB StartEnd,m_Next2
CLR TR1 ;關(guān)閉電機
JMP LOOP
ORL P1,#11110000B
m_Next2:
SETB TR1 ;啟動電機
    AJMP   LOOP  ;主程序結(jié)束
;---------------------------------------
D10ms: 
……
;---------延時程序,鍵盤處理中調(diào)用
KEYPROC:
    MOV     A,B  ;獲取鍵值
    JB      ACC.2,StartStop  ;分析鍵的代碼,某位被按下,則該位為1
    JB      ACC.3,KeySty
    JB      ACC.4,UpSpd
    JB      ACC.5,DowSpd
    AJMP    KEY_RET
StartStop:
    SETB StartEnd    ;啟動
    AJMP    KEY_RET
KeySty: 
CLR StartEnd; ;停止
    AJMP    KEY_RET
UpSpd:
    INC     SPEED;
    MOV    A,SPEED
    CJNE    A,#MaxSpd,K1 ;到了最多的次數(shù)？
    DEC     SPEED ;是則減去1，保證下次仍為該值
K1:
    AJMP    KEY_RET
DowSpd:
    DEC     SPEED
    MOV     A,SPEED
    CJNE    A,#MAXSPD,KEY_RET ;不等（未到最大值），返回
MOV SPEED,#MinSpd;
KEY_RET:
    RET

KEY:   
……獲取鍵值的程序
    RET

DjZd: ;定時器T1用于電機轉(zhuǎn)速控制
PUSH ACC
PUSH PSW
MOV A,Speed
SUBB A,#MinSpd ;減基準數(shù)
MOV DPTR,#DjH
MOVC A,@A+DPTR
MOV TH1,A
MOV A,Speed
SUBB A,#MinSpd
MOV DPTR,#DjL
MOVC A,@A+DPTR
MOV TL1,A
MOV A,DjCount
CPL A
ORL P1,A
MOV A,DjCount
JNB ACC.7,d_Next1
JMP d_Next2
d_Next1:
MOV DjCount,#11110111B
d_Next2:
MOV A,DjCount
RL A
MOV DjCount,A ;回存
ANL P1,A
POP PSW
POP ACC
RETI

DjH: DB 76,82,89,95,100,106,110,115,119,123,12……
DjL: DB 0,236,86,73,212,0,214,96,163,165
……

DISP: ;顯示程序
POP PSW
POP ACC
……
RETI
BitTab: DB 7Fh,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH
DISPTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH
END

3．程序分析
    本程序主要由鍵盤程序、顯示器程序、步進電機驅(qū)動程序三部份組成，主程序首先初始化各變量，將顯示器的高3位消隱，步進電機驅(qū)動的各引腳均輸出高電平，然后調(diào)用鍵盤程序，并作判斷，如果有鍵按下，則調(diào)用鍵盤處理程序，否則直接轉(zhuǎn)下一步。下一步是將當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換為BCD碼，送入顯示緩沖區(qū)；接著判斷StartEnd這個位變量，是“1”還是“0”，如果是“1”，則開啟定時器T1，否則關(guān)閉定時器T1，為防止關(guān)閉時某一相線圈長期通電，因此，在關(guān)閉定時器T1時，將P1.0~P1.3均置高。至此，主程序的工作即結(jié)束。這里為簡便起見，這里沒有做高位“0”消隱的工作，即如果速度為10轉(zhuǎn)/分，則顯示值“010”，讀者可以自行加入相關(guān)的代碼來處理這一工作。
    步進電機的驅(qū)動工作是在定時器T1的中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)的，由前述分析，每次的定時時間到達以后，需要將P1.0~P1.3依次接通，程度中用了一個變量DjCntr來實現(xiàn)這一功能，在主程序初始化時，該變量被賦予初值11110111B，進入到定時中斷以后，將該變量取出送ACC累加器，并在累加器中進行左移，這樣，該數(shù)值就變?yōu)?110 1111，然后將該數(shù)與P1相“與”，此時，P1.4即輸出低電平，第二次進入中斷時，先將該數(shù)取反，成為 0001　0000，然后將該數(shù)與P1相“或”，這樣，P1.4即輸出高電平，關(guān)斷了相應(yīng)的線圈，然后將該數(shù)重新取出，并作左移，即　1110，1111右移成為1101　1111，將該數(shù)與P1相“與”，這樣P1.5即輸出低電平，依次類推，P1.7~P1.4即循環(huán)輸出低電平。當(dāng)這一數(shù)據(jù)變?yōu)?111 1111后，需要作適當(dāng)?shù)母膭�，將�?shù)據(jù)重新變回　1111　0111，進行第二次循環(huán)，相關(guān)代碼，請讀者自行分析。
    定時時間又是如何確定的呢？這里用的是查表的方法，首先用Excel計算得出在每一種轉(zhuǎn)速下的TH值和TL值，然后，分別放入DjH和DjL表中，在進入T1中斷程序之后，將速度值變量Speed送入累加器ACC，然后減去基數(shù)25，使其基數(shù)從0開始計數(shù)，然后分別查表，送入TH1和TL1，實現(xiàn)重置定時初值的目的。
看完這一部份內(nèi)容以后，請讀者自行完成以下工作：

1． 更改程序，將S1定義為“啟動/停止”，而S2定義為“方向”，按下S2，切換電機旋轉(zhuǎn)方向。

2． 更改程序，要求轉(zhuǎn)速從1到100。

3． 更改程序，實現(xiàn)首位無效零消隱。