步進電機與8051微控制器接口

步進電機是一種無刷同步電機，它將整個旋轉分成若干步。每個步進電機都有一些固定的步進角度，電機以這個角度旋轉。在這篇文章中，我將向你展示如何使用兩種不同的驅動器將步進電機與8051系統連接： L293D和ULN 2003。此外，這里還解釋了使用8051單片機控制步進電機的方法。

使用8051單片機控制步進電機的原理

 這些電路的主要原理是使步進電機以一個特定的步進角度逐步旋轉。由于控制器不能提供電機所需的電流，所以使用ULN2003集成電路和L293D電機驅動器來驅動步進電機。

電路1：使用8051微控制器和L293D控制步進電機

本項目的第一個電路是使用L293D電機驅動器IC實現的。由于L293D電機驅動器有四個輸出引腳的選項，所以只能用它來驅動一個雙極步進電機。

電路圖

雙極步進電機與8051微控制器和L293D電機驅動器連接的電路圖如下圖所示。

使用8051單片機L293D控制步進電機的電路圖

所需元件 

AT89C51 (8051單片機) 

L293D電機驅動器 

5V雙極步進電機 

16X2的液晶顯示器 Diaplay 

11.0592 MHz 石英晶體 

10KΩ 電阻器 X 2 

10KΩ POT 

8x 1KΩ 電阻器包 

33pF 陶瓷電容 X 2  

10μF/16V 電容 

按鈕 X 4 

330Ω 電阻器 

5V電源

電路設計 

首先，LCD的數據引腳被連接到8051的PORT0引腳。由于PORT0沒有任何內部的上拉，所以用一個電阻組來拉高PORT0。LCD的RS和E引腳被連接到8051的P2.0和P2.1。

RST引腳使用一個10KΩ的電阻被拉低。按鈕和10μF電容的組合將被用來復位微控制器。另外，EA引腳使用一個10KΩ的電阻被拉高。

接下來是振蕩器。它由兩個33pF的電容和一個連接在8051的XTAL1和XTAL2引腳之間的11.0592MHz晶體組成。

來到電機驅動器，兩個使能引腳和兩個電源引腳被連接到+5V電源。四個輸入連接到8051的PORT1引腳，即P1.0、P1.1、P1.2和P1.3。雙極步進電機的四個引腳與L293D的四個輸出引腳相連。

為了控制步進電機的方向，三個按鈕被連接到PORT3的引腳上，即P3.0、P3.1和P3.2。

代碼 

工作原理 

這個電路的工作非常簡單。在程序中實現了一種叫做 "半步 "的方法來旋轉步進電機。當按下前進按鈕時，步進電機按順時針方向旋轉。

同樣的，當按下向后的按鈕時，它開始以逆時針方向旋轉。要完全停止旋轉，你可以按下停止按鈕。

電路2：使用8051單片機和ULN2003控制步進電機

本項目的第二個電路是使用8051單片機和ULN2003實現步進電機控制。由于ULN2003晶體管陣列由7個輸出組成，你可以控制單極和雙極的步進電機。

在這個項目中，我將向你展示如何使用8051微控制器和ULN2003晶體管陣列來控制一個5線單極步進電機。

電路圖

下面的圖片顯示了步進電機與8051微控制器和ULN2003連接的電路圖。

使用8051單片機控制步進電機的電路圖

電路元件

AT89C51單片機

ULN2003A

步進電機

晶體

電阻器

電容器

電路設計

該電路由AT89C51單片機、ULN2003A、電機組成。AT89c51是低功耗、高性能、CMOS 8位、8051系列微控制器。它有32條可編程的I/O線。它有4K字節的可編程和可擦除的Flash存儲器。一個外部晶體振蕩器被連接在微控制器的18和19引腳上。電機通過一個驅動IC連接到微控制器的端口2。

ULN2003A是一個電流驅動IC。它被用來驅動步進電機的電流，因為它需要超過60mA的電流。它是一個達林頓對陣列。它由七對具有共同發射極的達林頓陣列組成。該集成電路由16個引腳組成，其中7個是輸入引腳，7個是輸出引腳，其余的是VCC和地。前四個輸入引腳與微控制器相連。以同樣的方式，四個輸出引腳連接到步進電機。

步進電機有6個引腳。在這6個引腳中，2個引腳連接到12V電源，其余的連接到步進電機的輸出。步進電機以一個給定的步進角度旋轉。旋轉的每一步都是整個周期的一小部分。這取決于機械部件和驅動方法。

與所有的電機類似，步進電機將有定子和轉子。轉子有永久磁鐵，定子有線圈。基本的步進電機有4個線圈，旋轉角度為90度。這四個線圈是按循環順序激活的。下圖顯示了軸的旋轉方向。有不同的方法來驅動步進電機。下面將對其中的一些進行解釋。

全步驅動： 在這種方法中，一次給兩個線圈通電。因此，這里一次有兩個相反的線圈被激發。

半步驅動： 在這種方法中，線圈是交替通電的。因此，它以半步角旋轉。在這種方法中，可以一次給兩個線圈通電，也可以給單個線圈通電。因此，它增加了每個周期的旋轉次數。它顯示在下圖中。

如何操作這個步進電機驅動電路？

首先，打開電路。

微控制器開始驅動步進電機。

人們可以觀察到步進電機的旋轉。

步進電機有四根線。它們是黃色、藍色、紅色和白色。這些電線交替通電，如下圖所示。

在全步驅動中，使用以下順序

全步驅動

要以半步角驅動電機，請使用以下順序

半步角

步進電機控制器電路的優點

消耗的功率較小。

它需要較低的工作電壓。

步進電機控制應用

該電路可用于機器人應用。

 它也可用于機械電子學應用。

步進電機可用于磁盤驅動器、矩陣打印機等。