芯耀
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一、前言
本項目基于STC89C52單片機，通過控制28BYJ-48步進電機實現(xiàn)按角度正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的功能。28BYJ-48步進電機是一種常用的電機，精準(zhǔn)定位和高扭矩輸出，適用于許多小型的自動化系統(tǒng)和機械裝置。
在這個項目中，使用STC89C52單片機作為控制器，這是一款強大而常用的8位單片機芯片，具有豐富的外設(shè)和強大的計算能力。通過編寫適當(dāng)?shù)某绦?，可以通過單片機的IO口來控制步進電機的運動。
28BYJ-48步進電機是一種低成本、低功耗的步進電機，擁有精確的定位能力和較高的轉(zhuǎn)矩輸出。將使用單片機與步進電機之間的接口信號來驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，并通過控制電流脈沖的頻率和順序來控制電機前進或后退以及旋轉(zhuǎn)的角度。
本項目的目標(biāo)是實現(xiàn)根據(jù)用戶輸入的角度值，控制28BYJ-48步進電機按指定角度進行正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。通過靈活調(diào)整步進電機的控制信號，可以實現(xiàn)不同角度范圍內(nèi)的精確旋轉(zhuǎn)。
在接下來的內(nèi)容將介紹所需的硬件和軟件資源，包括STC89C52單片機的基本特性、28BYJ-48步進電機的工作原理，以及編寫控制程序的關(guān)鍵步驟。
二、設(shè)計流程
【1】硬件準(zhǔn)備：
- 51單片機開發(fā)板：選擇STC89C52單片機開發(fā)板。
- 28BYJ-48步進電機：一個28BYJ-48步進電機+ULN2003驅(qū)動板。
- 驅(qū)動電路：使用ULN2003芯片來驅(qū)動步進電機。
- 連接線和電源：準(zhǔn)備連接線和電源供電。
【2】連接電路：
- 將51單片機與驅(qū)動電路和步進電機連接起來。
【3】編寫程序：
- 使用keil集成開發(fā)環(huán)境（IDE）編寫51單片機的控制程序。
- 初始化引腳和端口設(shè)置，配置控制步進電機所需的引腳。
- 編寫函數(shù)來控制步進電機的正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。
- 編寫函數(shù)來控制步進電機按照指定的角度進行旋轉(zhuǎn)。
【4】控制步進電機旋轉(zhuǎn)：
- 在主程序中，調(diào)用適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)來控制步進電機的旋轉(zhuǎn)。
- 使用按鍵輸入設(shè)備來觸發(fā)步進電機的旋轉(zhuǎn)。
- 控制旋轉(zhuǎn)的角度、速度和方向。
【5】調(diào)試和測試：
- 通過編譯程序，并將生成的可執(zhí)行文件下載到51單片機開發(fā)板中。
三、代碼實現(xiàn)
3.1 電機正反轉(zhuǎn)控制
下面是通過STC89C52單片機控制28BYJ-48步進電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的實現(xiàn)代碼：
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define motorPort P1 // 步進電機的控制引腳連接到P1口
#define clockwise 0 // 順時針方向
#define counterclockwise 1 // 逆時針方向
// 函數(shù)聲明
void delay(unsigned int time);
void motorRotate(unsigned char direction, unsigned int steps);
void main()
{
while (1)
{
// 正轉(zhuǎn)，執(zhí)行一定的步數(shù) (這里為512步，可根據(jù)需要修改)
motorRotate(clockwise, 512);
delay(1000); // 延時1秒
// 反轉(zhuǎn)，執(zhí)行一定的步數(shù)
motorRotate(counterclockwise, 256);
delay(1000); // 延時1秒
}
}
// 延時函數(shù)
void delay(unsigned int time)
{
unsigned int i, j;
for (i = time; i > 0; i--)
{
for (j = 110; j > 0; j--); // 指令周期延時
}
}
// 控制步進電機旋轉(zhuǎn)
void motorRotate(unsigned char direction, unsigned int steps)
{
unsigned int i;
unsigned char motorSequence[8] = {0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x0C, 0x08, 0x09}; // 步進電機的控制序列
for (i = 0; i < steps; i++)
{
if (direction == clockwise)
{
motorPort = motorSequence[i % 8];
}
else if (direction == counterclockwise)
{
motorPort = motorSequence[7 - (i % 8)];
}
delay(2); // 每步之間的延時，可根據(jù)需要調(diào)整
}
motorPort = 0x00; // 停止電機
}
代碼里使用 STC89C52 單片機的 P1 口連接到28BYJ-48步進電機的控制引腳。在 main 函數(shù)中，通過循環(huán)實現(xiàn)了正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的功能。motorRotate 函數(shù)用于控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向和步數(shù)，其中 clockwise 和 counterclockwise 分別代表順時針和逆時針方向。
3.2 角度旋轉(zhuǎn)
下面代碼使用STC89C52單片機控制28BYJ-48步進電機按指定的角度進行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，封裝子函數(shù)進行調(diào)用。
#include <reg52.h>
// 定義28BYJ-48步進電機的相序
unsigned char stepSequence[8] = {0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x0C, 0x08, 0x09};
// 定義步進電機當(dāng)前位置和角度
unsigned char currentPosition = 0;
unsigned int currentAngle = 0;
// 延時函數(shù)
void delay(unsigned int time) {
unsigned int i, j;
for (i = 0; i < time; i++) {
for (j = 0; j < 120; j++);
}
}
// 步進電機正轉(zhuǎn)函數(shù)
void stepForward(unsigned int angle) {
unsigned int steps = angle / 5; // 每步轉(zhuǎn)動角度為5度
unsigned int i;
for (i = 0; i < steps; i++) {
currentPosition++;
if (currentPosition >= 8) {
currentPosition = 0;
}
P1 = stepSequence[currentPosition];
delay(10); // 控制步進電機轉(zhuǎn)速，可調(diào)整延時時間
}
currentAngle += angle;
}
// 步進電機反轉(zhuǎn)函數(shù)
void stepBackward(unsigned int angle) {
unsigned int steps = angle / 5; // 每步轉(zhuǎn)動角度為5度
unsigned int i;
for (i = 0; i < steps; i++) {
if (currentPosition == 0) {
currentPosition = 8;
}
currentPosition--;
P1 = stepSequence[currentPosition];
delay(10); // 控制步進電機轉(zhuǎn)速，可調(diào)整延時時間
}
currentAngle -= angle;
}
// 主函數(shù)
void main() {
while (1) {
// 正轉(zhuǎn)180度
stepForward(180);
delay(1000); // 停頓1秒鐘
// 反轉(zhuǎn)90度
stepBackward(90);
delay(1000); // 停頓1秒鐘
}
}
代碼使用STC89C52單片機的P1口作為輸出口，通過控制P1口輸出的電平來控制步進電機的旋轉(zhuǎn)。步進電機的相序存儲在stepSequence數(shù)組中，每個元素對應(yīng)一個相位。stepForward函數(shù)用于實現(xiàn)步進電機的正轉(zhuǎn)，stepBackward函數(shù)用于實現(xiàn)步進電機的反轉(zhuǎn)。delay函數(shù)用于控制步進電機的轉(zhuǎn)速，可以根據(jù)需要調(diào)整延時時間。
在主函數(shù)中，演示了步進電機的正轉(zhuǎn)180度和反轉(zhuǎn)90度的操作。
3.3 按鍵控制電機
有2個按鍵，接在P2口3上面的，按下是低電平。下面代碼加入2個按鍵，實現(xiàn)了2個按鍵的功能。
#include <reg52.h>
#define motorPort P1 // 步進電機的控制引腳連接到P1口
#define clockwise 0 // 順時針方向
#define counterclockwise 1 // 逆時針方向
sbit startBtn = P2^0; // 啟動按鈕連接到P2.0口
sbit stopBtn = P2^1; // 停止按鈕連接到P2.1口
sbit cwBtn = P2^2; // 順時針按鈕連接到P2.2口
sbit ccwBtn = P2^3; // 逆時針按鈕連接到P2.3口
unsigned char motorSequence[8] = {0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x0C, 0x08, 0x09}; // 步進電機的控制序列
bit motorRunning = 0; // 步進電機是否正在運行
unsigned int targetAngle = 0; // 目標(biāo)轉(zhuǎn)動角度，初始為0
bit clockwiseDirection = 1; // 電機默認(rèn)啟動方向為順時針
// 函數(shù)聲明
void delay(unsigned int time);
void motorRotate(unsigned char direction, unsigned int steps);
void main()
{
while (1)
{
if (startBtn == 0) // 如果按下了啟動按鈕
{
while (startBtn == 0); // 等待按鈕釋放
if (!motorRunning)
{
motorRunning = 1;
motorRotate(clockwiseDirection, targetAngle); // 啟動電機
}
}
if (stopBtn == 0) // 如果按下了停止按鈕
{
while (stopBtn == 0); // 等待按鈕釋放
if (motorRunning)
{
motorRunning = 0;
motorPort = 0x00; // 停止電機
}
}
if (cwBtn == 0) // 如果按下了順時針按鈕
{
while (cwBtn == 0); // 等待按鈕釋放
clockwiseDirection = 1; // 設(shè)置電機啟動方向為順時針
}
if (ccwBtn == 0) // 如果按下了逆時針按鈕
{
while (ccwBtn == 0); // 等待按鈕釋放
clockwiseDirection = 0; // 設(shè)置電機啟動方向為逆時針
}
}
}
// 延時函數(shù)
void delay(unsigned int time)
{
unsigned int i, j;
for (i = time; i > 0; i--)
{
for (j = 110; j > 0; j--); // 指令周期延時
}
}
// 控制步進電機旋轉(zhuǎn)
void motorRotate(unsigned char direction, unsigned int steps)
{
unsigned int i;
for (i = 0; i < steps; i++)
{
if (!motorRunning)
break;
if (direction == clockwise)
{
motorPort = motorSequence[i % 8];
}
else if (direction == counterclockwise)
{
motorPort = motorSequence[7 - (i % 8)];
}
delay(2); // 每步之間的延時，可根據(jù)需要調(diào)整
}
motorPort = 0x00; // 停止電機
}
在以上代碼中，增加了 cwBtn 和 ccwBtn 兩個按鍵引腳，并定義為 P2^2 和 P2^3。按下順時針按鈕時，將 clockwiseDirection 設(shè)置為 1，表示啟動方向為順時針；按下逆時針按鈕時，將 clockwiseDirection 設(shè)置為 0，表示啟動方向為逆時針。
