单片机电机控制.docx
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单片机电机控制
接触单片机快两年了，不过只是非常业余的兴趣，实践却不多，到现在还算是个初学者吧。
这几天给自己的任务就是搞定步进电机的单片机控制。
以前曾看过有关步进电机原理和控制的资料，毕竟自己没有做过，对其具体原理还不是很清楚。
今天从淘宝网买了一个EPSON的UMX-1型步进电机，此步进电机为双极性四相，接线共有六根，外形如下图所示：
拿到步进电机，根据以前看书对四相步进电机的了解，我对它进行了初步的测试，就是将5伏电源的正端接上最边上两根褐色的线，然后用5伏电源的地线分别和另外四根线（红、兰、白、橙）依次接触，发现每接触一下，步进电机便转动一个角度，来回五次，电机刚好转一圈，说明此步进电机的步进角度为360/（4×5）＝18度。
地线与四线接触的顺序相反，电机的转向也相反。
如果用单片机来控制此步进电机，则只需分别依次给四线一定时间的脉冲电流，电机便可连续转动起来。
通过改变脉冲电流的时间间隔，就可以实现对转速的控制；通过改变给四线脉冲电流的顺序，则可实现对转向的控制。
所以，设计了如下电路图：
C51程序代码为：
代码一
#include
staticunsignedintcount;
staticunsignedintendcount;
voiddelay（）;
voidmain（void）
{
count=0;
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=0;
EA=1;//允许CPU中断
TMOD=0x11;//设定时器0和1为16位模式1
ET0=1;//定时器0中断允许
TH0=0xFC;
TL0=0x18;//设定时每隔1ms中断一次
TR0=1;//开始计数
startrun:
P1_3=0;
P1_0=1;
delay（）;
P1_0=0;
P1_1=1;
delay（）;
P1_1=0;
P1_2=1;
delay（）;
P1_2=0;
P1_3=1;
delay（）;
gotostartrun;
}
//定时器0中断处理
voidtimeint（void）interrupt1
{
TH0=0xFC;
TL0=0x18;//设定时每隔1ms中断一次
count++;
}
voiddelay（）
{
endcount=2;
count=0;
do{}while（count}
将上面的程序编译，用ISP下载线下载至单片机运行，步进电机便转动起来了，初步告捷！
不过，上面的程序还只是实现了步进电机的初步控制，速度和方向的控制还不够灵活，另外，由于没有利用步进电机内线圈之间的“中间状态”，步进电机的步进角度为18度。
所以，我将程序代码改进了一下，如下：
代码二
#include
staticunsignedintcount;
staticintstep_index;
voiddelay（unsignedintendcount）;
voidgorun（bitturn,unsignedintspeedlevel）;
voidmain（void）
{
count=0;
step_index=0;
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=0;
EA=1;//允许CPU中断
TMOD=0x11;//设定时器0和1为16位模式1
ET0=1;//定时器0中断允许
TH0=0xFE;
TL0=0x0C;//设定时每隔0.5ms中断一次
TR0=1;//开始计数
do{
gorun（1,60）;
}while
（1）;
}
//定时器0中断处理
voidtimeint（void）interrupt1
{
TH0=0xFE;
TL0=0x0C;//设定时每隔0.5ms中断一次
count++;
}
voiddelay（unsignedintendcount）
{
count=0;
do{}while（count}
voidgorun（bitturn,unsignedintspeedlevel）
{
switch（step_index）
{
case0:
P1_0=1;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=0;
break;
case1:
P1_0=1;
P1_1=1;
P1_2=0;
P1_3=0;
break;
case2:
P1_0=0;
P1_1=1;
P1_2=0;
P1_3=0;
break;
case3:
P1_0=0;
P1_1=1;
P1_2=1;
P1_3=0;
break;
case4:
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=1;
P1_3=0;
break;
case5:
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=1;
P1_3=1;
break;
case6:
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=1;
break;
case7:
P1_0=1;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=1;
}
delay（speedlevel）;
if（turn==0）
{
step_index++;
if（step_index>7）
step_index=0;
}
else
{
step_index--;
if（step_index<0）
step_index=7;
}
}
改进的代码能实现速度和方向的控制，而且，通过step_index静态全局变量能“记住”步进电机的步进位置，下次调用gorun（）函数时则可直接从上次步进位置继续转动，从而实现精确步进；另外，由于利用了步进电机内线圈之间的“中间状态”，步进角度减小了一半，只为9度，低速运转也相对稳定一些了。
但是，在代码二中，步进电机的运转控制是在主函数中，如果程序还需执行其它任务，则有可能使步进电机的运转收到影响，另外还有其它方面的不便，总之不是很完美的控制。
所以我又将代码再次改进：
代码三
#include
staticunsignedintcount;//计数
staticintstep_index;//步进索引数，值为0－7
staticbitturn;//步进电机转动方向
staticbitstop_flag;//步进电机停止标志
staticintspeedlevel;//步进电机转速参数，数值越大速度越慢，最小值为1，速度最快
staticintspcount;//步进电机转速参数计数
voiddelay（unsignedintendcount）;//延时函数，延时为endcount*0.5毫秒
voidgorun（）;//步进电机控制步进函数
voidmain（void）
{
count=0;
step_index=0;
spcount=0;
stop_flag=0;
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=0;
EA=1;//允许CPU中断
TMOD=0x11;//设定时器0和1为16位模式1
ET0=1;//定时器0中断允许
TH0=0xFE;
TL0=0x0C;//设定时每隔0.5ms中断一次
TR0=1;//开始计数
turn=0;
speedlevel=2;
delay（10000）;
speedlevel=1;
do{
speedlevel=2;
delay（10000）;
speedlevel=1;
delay（10000）;
stop_flag=1;
delay（10000）;
stop_flag=0;
}while
（1）;
}
//定时器0中断处理
voidtimeint（void）interrupt1
{
TH0=0xFE;
TL0=0x0C;//设定时每隔0.5ms中断一次
count++;
spcount--;
if（spcount<=0）
{
spcount=speedlevel;
gorun（）;
}
}
voiddelay（unsignedintendcount）
{
count=0;
do{}while（count}
voidgorun（）
{
if（stop_flag==1）
{
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=0;
return;
}
switch（step_index）
{
case0:
//0
P1_0=1;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=0;
break;
case1:
//0、1
P1_0=1;
P1_1=1;
P1_2=0;
P1_3=0;
break;
case2:
//1
P1_0=0;
P1_1=1;
P1_2=0;
P1_3=0;
break;
case3:
//1、2
P1_0=0;
P1_1=1;
P1_2=1;
P1_3=0;
break;
case4:
//2
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=1;
P1_3=0;
break;
case5:
//2、3
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=1;
P1_3=1;
break;
case6:
//3
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=1;
break;
case7:
//3、0
P1_0=1;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=1;
}
if（turn==0）
{
step_index++;
if（step_index>7）
step_index=0;
}
else
{
step_index--;
if（step_index<0）
step_index=7;
}
}
在代码三中，我将步进电机的运转控制放在时间中断函数之中，这样主函数就能很方便的加入其它任务的执行，而对步进电机的运转不产生影响。
在此代码中，不但实现了步进电机的转速和转向的控制，另外还加了一个停止的功能，呵呵，这肯定是需要的。
步进电机从静止到高速转动需要一个加速的过程，否则电机很容易被“卡住”，代码一、二实现加速不是很方便，而在代码三中，加速则很容易了。
在此代码中，当转速参数speedlevel为2时，可以算出，此时步进电机的转速为1500RPM，而当转速参数speedlevel1时，转速为3000RPM。
当步进电机停止，如果直接将speedlevel设为1，此时步进电机将被“卡住”，而如果先把speedlevel设为2，让电机以1500RPM的转速转起来，几秒种后，再把speedlevel设为1，此时电机就能以3000RPM的转速高速转动，这就是“加速”的效果。
在此电路中，考虑到电流的缘故，我用的NPN三极管是S8050，它的电流最大可达1500mA，而在实际运转中，我用万用表测了一下，当转速为1500RPM时，步进电机的电流只有90mA左右，电机发热量较小，当转速为60RPM时，步进电机的电流为200mA左右，电机发热量较大，所以NPN三极管也可以选用9013，对于电机发热量大的问题，可加一个10欧到20欧的限流电阻，不过这样步进电机的功率将会变小。
由于在下浅薄，错误和问题难免，请各位不吝赐教！
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