是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
T89C2051单片机驱动步进电机的电路和源码
程序
stepper.c stepper.hex
/* * PPER.C * sweeping stepper''s rotor cw and cww 400 steps * Copyright (c) 1999 by W.Sirichote */
#include c:\mc51\8051io.h /* include i/o header file */ #include c:\mc51\8051reg.h
register unsigned char j,flag1,temp; register unsigned int cw_n,ccw_n;
unsigned char step[8]={0x80,0xc0,0x40,0x60,0x20,0x30,0x10,0x90} #define n 400
/* flag1 mask byte 0x01 run cw() 0x02 run ccw() */
main()
{ flag1=0; serinit(9600); dISAble(); /* no need timer interrupt */ cw_n = n; /* initial step number for cw */ flag1 |=0x01; /* initial enable cw() */
while(1){ { tick_wait(); /* wait for 10ms elapsed */
energize(); /* round-robin execution the following tasks every 10ms */ cw(); ccw(); } }
}
cw(){ if((flag10x01)!=0) { cw_n--; /* decrement cw step number */ if (cw_n !=0) j++; /* if not zero increment index j */ else {flag1=~0x01; /* dISAble cw() execution */ ccw_n = n; /* reload step number to ccw counter */ flag1 |=0x02; /* enable cww() execution */ } }
}
ccw(){ if((flag10x02)!=0) { ccw_n--; /* decremnent ccw step number */ if (ccw_n !=0) j--; /* if not zero decrement index j */ else {flag1=~0x02; /* dISAble ccw() execution */ cw_n = n; /* reload step number to cw counter */ flag1 |=0x01; /* enable cw() execution */ } }
}
tick_wait(){ /* cputick was replaced by simpler ASM code 10ms wait */
asm JNB TCON.5,*; /* wait for TF0 set */ asm CLR TCON.5; /* clear TF0 for further set */ asm ORL TH0,#$DC; /* reload TH0 with $DC, TL0 = 0 */ }
energize(){
P1 = step[(j0x07)]; /* only step 0-7 needed */ }
常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。
下面以电子爱好者业余制作中常用的永磁式步进电机为例，来介绍如何用单片机控制步进电机。 图1是35BY型永磁步进电机的外形图，图2是该电机的接线图，从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5根引出线。要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。将COM端标识为C，只要AC、 C、BC、 C，轮流加电就能驱动步进电机运转，加电的方式可以有多种，如果将COM端接正电源，那么只要用开关元件（如三极管），将A、 、B、 轮流接地。 下表列出了该电机的一些典型参数：表1 35BY48S03型步机电机参数型号 步距角 相数 电压 电流 电阻 最大静转距 定位转距 转动惯量35BY48S03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5 有了这些参数，不难设计出控制电路，因其工作电压为12V，最大电流为0.26A，因此用一块开路输出达林顿驱动器（ULN2003）来作为驱动，通过 P1.4~P1.7来控制各线圈的接通与切断，电路如图3所示。开机时，P1.4~P1.7均为高电平，依次将P1.4~P1.7切换为低电平即可驱动步进电机运行，注意在切换之前将前一个输出引脚变为高电平。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间，而要改变电机的转动方向，只要改变各线圈接通的顺序。
图1 35BY48S03型步进电机外形图
图2 35BY48S03型步进电机的接线图
图3 单片机控制35BY48S03型步进电机的电路原理图
要求：控制电路如图3所示，开机后，电机不转，按下启动键，电机旋转，速度为25转/分，按下加1键，速度增加，按下减1键，速度降低，最高速度为100转/分，最低转带为25转/分，按下停止键，电机停转。速度值要求在上显示出来。
1．要求分析 按上面的分析，改变转速，只要改变P1.0~P1.3轮流变低电平的时间即可达到要求，这个时间不应采用延时来实现，因为会影响到其他功能的实现。这里以定时的方式来实现。下面首先计算一下定时时间。按要求，最低转速为25转/分，而上述步进电机的步距角为7.5，即每48个脉冲为1周，即在最低转速时，要求为1200脉冲/分，相当于50ms/脉冲。而在最高转速时，要求为100转/分，即48000脉冲/分，相当于12.5ms/脉冲。可以列出下表表1 步进电机转速与定时器定时常数关系速度 单步时间(us) TH1 实际定时（us）25 50000 76 0 49996.826 48077 82 236 48074.1827 46296 89 86 46292.6128 44643 95 73 44640.155… … … … …100 12500 211 0 12499.2 表中不仅计算出了TH1和TL1，而且还计算出了在这个定时常数下，真实的定时时间，可以根据这个计算值来估算真实速度与理论速度的误差值。表中TH1和TL1是根据定时时间算出来的定时初值，这里用到的晶振是11.0592M。有了上述表格，程序就不难实现了，使用定时/T1为定时器，定时时间到后切换输出脚即可。
2．程序实现 定义DSB－1A实验板的S1为启动键，S2为停止键，S3为加1键，S4为减1键，程序如下：StartEnd bit 01H ;起动及停止标志MinSpd EQU 25 ;起始转动速度MaxSpd EQU 100 ;最高转动速度Speed DATA 23H ;流动速度计数DjCount DATA 24H ;控制电机输出的一个值，初始为11110 111Hidden EQU 10H ;消隐码Counter DATA 57H ;显示计数器DISPBUF DATA 58H ;显示缓冲区
ORG 0000H AJMP MAINORG 000BHJMP DISPORG 001BHJMP DJZD ORG 30HMAIN: MOV SP,#5FH MOV P1,#0FFHMOV A,#HiddenMOV DispBuf,AMOV DispBuf+1,AMOV DispBuf+2,A
MOV DjCount,#11110111B MOV SPEED,#MinSpd ;起始转动速度送入计数器 CLR StartEnd ;停转状态MOV TMOD,#00010001B ;MOV TH0,#HIGH(65536-3000)MOV TL0,#LOW(65536-3000)MOV TH1,#0FFH;MOV TL1,#0FFHSETB TR0SETB EASETB ET0SETB ET1
LOOP: ACALL KEY ;键盘程序 JNB F0,m_1 ;无键继续 ACALL KEYPROC ;否则调用键盘处理程序m_NEXT1:MOV A,SpeedMOV B,#10DIV ABMOV DispBuf+5,B ;最低位MOV B,#10DIV ABMOV DispBuf+4,BMOV DispBuf+3,AJB StartEnd,m_Next2CLR TR1 ;关闭电机JMP LOOPORL P1,#11110000Bm_Next2:SETB TR1 ;启动电机 AJMP LOOP ;主程序结束;---------------------------------------D10ms:……;---------延时程序,键盘处理中调用KEYPROC: MOV A,B ;获取键值 JB ACC.2,StartStop ;分析键的代码,某位被按下,则该位为1 JB ACC.3,KeySty JB ACC.4,UpSpd JB ACC.5,DowSpd AJMP KEY_RETStartStop: SETB StartEnd ;启动 AJMP KEY_RETKeySty:CLR StartEnd; ;停止 AJMP KEY_RETUpSpd: INC SPEED; MOV A,SPEED CJNE A,#MaxSpd,K1 ;到了最多的次数？ DEC SPEED ;是则减去1，保证下次仍为该值K1: AJMP KEY_RETDowSpd: 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:……获取键值的程序 RET
DjZd: ;定时器T1用于电机转速控制PUSH ACCPUSH PSWMOV A,SpeedSUBB A,#MinSpd ;减基准数MOV D,#DjHMOVC A,@A+DPTRMOV TH1,AMOV A,SpeedSUBB A,#MinSpdMOV DPTR,#DjLMOVC A,@A+DPTRMOV TL1,AMOV A,DjCountCPL AORL P1,AMOV A,DjCountJNB ACC.7,d_Next1JMP d_Next2d_Next1:MOV DjCount,#11110111Bd_Next2:MOV A,DjCountRL AMOV DjCount,A ;回存ANL P1,APOP PSWPOP ACCR
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: ;显示程序POP PSWPOP ACC……RETIBitTab: DB 7Fh,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBHDISPTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFHEND
3．程序分析 本程序主要由键盘程序、显示器程序、步进程序三部份组成，主程序首先初始化各变量，将显示器的高3位消隐，步进电机驱动的各引脚均输出高电平，然后调用键盘程序，并作判断，如果有键按下，则调用键盘处理程序，否则直接转下一步。下一步是将当前的转速值转换为BCD码，送入显示缓冲区；接着判断 StartEnd这个位变量，是“1”还是“0”，如果是“1”，则开启定时器T1，否则关闭定时器T1，为防止关闭时某一相线圈长期通电，因此，在关闭定时器T1时，将P1.0~P1.3均置高。至此，主程序的工作即结束。这里为简便起见，这里没有做高位“0”消隐的工作，即如果速度为10转/分，则显示值“010”，读者可以自行加入相关的代码来处理这一工作。 步进电机的驱动工作是在定时器T1的中断服务程序中实现的，由前述分析，每次的定时时间到达以后，需要将P1.0~P1.3依次接通，程度中用了一个变量DjCntr来实现这一功能，在主程序初始化时，该变量被赋予初值 11110111B，进入到定时中断以后，将该变量取出送ACC累加器，并在累加器中进行左移，这样，该数值就变为1110 1111，然后将该数与P1 相“与”，此时，