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2024年5月14日发(作者：)
大家好，通过以前的学习，我们已经对51单片机综合学习系统的使用方法及学习方式有所了解与熟悉，学会了红外线遥控的基本知
识，体会到了综合学习系统的易用性与易学性，这一期我们将一起学习步进电机控制的基本原理与使用方法。
先看一下我们将要使用的51单片机综合学习系统能完成哪些实验与产品开发工作：分别有流水灯，数码管显示，液晶显示，按键开
关，蜂鸣器奏乐，继电器控制，IIC总线，SPI总线，PS/2实验，AD模数转换，光耦实验，串口通信，红外线遥控，无线遥控，温度传感，
步进电机控制等等。
上图是我们将要使用的51单片机综合学习系统硬件平台，本期实验我们用到了综合系统主机、步进电机，综合系统其它功能模块原
理与使用详见前几期《电子制作》杂志及后期连载教程介绍。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的
频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器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(称为
“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以
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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误
差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
步进电机分类与结构
现在比较常用的步进电机分为三种：反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）。本章节以反应式步进
电机为例，介绍其基本原理与应用方法。反应式步进电机可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度。反应式步进电机的转子磁路由软磁材
料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。常用小型步进电机的实物如图1所示。
图1步进电机实物图
图2 步进电机内部图
步进电机现场应用驱动电路
综合系统使用的是小型步进电机，对电压和电流要求不是很高，为了说明应用原理，故采用最简单的驱动电路，目的在于验证步进电
机的使用，在正式工业控制中还需在此基础上改进。一般的驱动电路可以用图3的形式。
图3 一般驱动电路
在实际应用中一般驱动路数不止一路，用上图的分立电路体积大，很多场合用现成的集成电路作为多路驱动。常用的小型步进电机驱
动电路可以用ULN2003或ULN2803。本书配套实验板上用的是ULN2003。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益
高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应
的电阻网络以及钳位二极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力，为单片双极型大功率高速集成电路。ULN2003内部结构及等效电路
图如图4：
图4 ULN2003内部框图及等效电路图
ULN2003A型高压大电流达林顿晶体管阵列电路的典型应用电路框图如图5所示。钳位二极管用于保护线圈通断时的反电动势击穿集成
电路，可以看出，该电路的应用非常简单。
图5 典型应用图
步进电机的程序设计
实现功能：开发板上电时电机正转，按住51单片机综合学习系统上的按键SW20（P14）时反转。
图6 步进电机实验演示图
电机正反转的环形脉冲分配表如下：
P00
A
1
0
0
1
P01
B
1
1
0
0
P02
/A
0
1
1
0
P03
/B
0
0
1
1
步数
1
2
3
4
表1：正转环形脉冲分配表
P00
A
1
1
0
0
P01
B
1
0
0
1
P02
/A
0
0
1
1
P03
/B
0
1
1
0
步数
1
2
3
4
表2：反转环形脉冲分配表
硬件原理图
图7 硬件原理图
程序流程图
图8 软件流程图
软件代码
/***************************************************************************/
/*杭州晶控电子有限公司*/
/**/
/*步进电机演示程序*/
/*目标器件：AT89S51*/
/*晶振:11.0592MHZ*/
/*编译环境：Keil 7.50A*/
/***************************************************************************/
/*********************************包含头文件********************************/
#include
/*********************************端口定义**********************************/
sbit key = P1^4;
/****************************************************************************
函数功能:延时子程序
入口参数:
出口参数:
****************************************************************************/
void delay(void)
{
int k;
for(k=0;k<2000;k++);
}
/****************************************************************************
函数功能:主程序
入口参数:
出口参数:
****************************************************************************/
void main()
{
P0=0x00;//输出全高
key=1;//按键置输入状态
while(1)//主循环
{
if(key==1)//无键按下正转
{
P0=0xFC;//1100
delay();
P0=0xF6;//0110
delay();
P0=0xF3;//0011
delay();
P0=0xF9;//1001
delay();
}
else//有键按下反转
{
P0=0xFC;//1100
delay();
P0=0xF9;//1001
delay();
P0=0xF3;//0011
delay();
P0=0xF6;//0110
delay();
}
}
}
相信看到这里，你应该可以理解步进电机控制的原理是怎么样的了，你也可以根据自己的需要来设定步进电机的转动轨迹。由于篇幅
有限，读者朋友可以通过网站或电子邮件一起交流与学习。在下几期中，我们将陆续介绍51单片机综合学习系统的其它功能原理与应用。
ULN2003、ULN2803资料
ULN2803和ULN2003都是集电极开路输出，只能接受灌入电流，他们的使用方法是一致的，唯一的区别就是2803可以驱动8位管脚，2003
只有7个管脚
COM脚的作用是当你使用ULN2803(2003)来驱动继电器时，可以将COM脚接到继电器的VCC端，利用ULN2803(2003)内部的反向二极管作保
护继电器，消除继电器闭合时产生的感应电压。
COM端主要有两种用途：(可悬空)
1 试验用----接地：假如它的输出端都接发光二极管，那么，只要将COM端接地，则所有的发光二极管都将亮起，否则，可能是二极管坏
或其它什么地方坏了。这对检修是很有利的。
2 保护用----接电源正：假如这个器件是接继电器或针式打印头，因为电感的作用，会在开关过程中产生低于地电位和高于电源电位的反
电动势，这样，很容易击穿器件。
A-为了防止这种现象的发生，可将COM端接到电源正，来削减冲击电压低到二极管压降加电源电压的幅度----可以使得内部的三极管受到
最小的正电压冲击。
B-至于达林顿关断时产生的负电压我们不必管，因为器件内部就有二极管并接到地的(见图2)----专门用来削减冲击电压至电源地减去一
个二极管正向压降----可以使得内部的三极管受到最小的反偏电压冲击。
3 阅读提示：A-类似这样的保护方法，在许多器件(如AD7710)的输入端或输出端都是有的，请留意。B-以上两种用法并不是矛盾的，通过
适当的电路控制，可以一并利用它的功能。
它的内部结构也是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通
过IC 电流200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，
输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。
ULN2803的驱动负载电流为500mA,驱动电压50V.
八路NPN达林顿连接晶体管阵系列特别适用于低逻辑电平数字电路（诸如TTL, CMOS或PMOS/NMOS）和较高的电流/电压要求之间的接口，
广泛应用于计算机，工业用和消费类产品中的灯、继电器、打印锤或其它类似负载中。所有器件具有集电极开路输出和续流箝位二极管，
用于抑制跃变。ULN2803的设计与标准TTL系列兼容，而ULN2804 最适于6至15伏高电平CMOS或PMOS。
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