第九章 步進(jìn)電機(jī)和蜂鳴器

1.2 上下拉電阻

前邊似乎我們很多次提到了上拉電阻，下拉電阻，具體到底什么樣的電阻算是上下拉電阻，上下拉電阻都有何作用呢？

上拉電阻就是將不確定的信號(hào)通過一個(gè)電阻拉到高電平，同時(shí)此電阻也起到一個(gè)限流作用，下拉就是下拉到低電平。

比如我們的IO設(shè)置為開漏輸出高電平或者是高阻態(tài)時(shí)，默認(rèn)的電位是不確定的，外部經(jīng)一個(gè)電阻接到VCC，也就是上拉電阻，那么相應(yīng)的引腳就是高電平；經(jīng)一個(gè)電阻到GND，也就是下拉電阻，那么相應(yīng)的引腳就是一個(gè)低電平。

上拉電阻應(yīng)用很多，都可以起到什么作用呢？我們現(xiàn)在主要先了解最常用的以下4點(diǎn)。

1、OC門要輸出高電平，必須外部加上拉電阻才能正常使用，其實(shí)OC門就相當(dāng)于單片機(jī)IO的開漏輸出，其原理可參照?qǐng)D9-1中的開漏電路。

2、加大普通IO口的驅(qū)動(dòng)能力。標(biāo)準(zhǔn)51單片機(jī)的內(nèi)部IO口的上拉電阻，一般都是在幾十K歐，比如STC89C52RC內(nèi)部是20K的上拉電阻，所以最大輸出電流是250uA，因此外部加個(gè)上拉電阻，可以形成和內(nèi)部上拉電阻的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，增大高電平時(shí)電流的輸出能力。

3、在電平轉(zhuǎn)換電路中，比如我們前邊講的5V轉(zhuǎn)12V的電路中，上拉電阻其實(shí)起到的是限流電阻的作用，如圖9-2所示。

圖9-2 上拉電阻R2

4、比如單片機(jī)總線引腳，不使用的引腳懸空的時(shí)候，容易受到電磁干擾而處于一個(gè)紊亂狀態(tài)，加上一個(gè)對(duì)VCC的上拉電阻或者一個(gè)對(duì)GND的下拉電阻后，可以有效的抵抗電磁干擾。

我們?cè)谶M(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，如何正確選擇合適的上下拉電阻的阻值呢？

1、從節(jié)約功耗的方面考慮應(yīng)當(dāng)足夠大，因?yàn)殡娮柙酱�，電流越小�?/span>

2、從確保足夠的引腳驅(qū)動(dòng)電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠小，電阻小了，電流才能大。

3、在開漏輸出時(shí)，過大的上拉電阻會(huì)導(dǎo)致信號(hào)上升沿變緩。我們來解釋一下：實(shí)際電平的變化都是需要時(shí)間的，雖然很小，但永遠(yuǎn)都達(dá)不到零，而開漏輸出時(shí)上拉電阻的大小就直接影響了這個(gè)上升過程所需要的時(shí)間，如圖9-3所示。想一下，如果電阻很大，而信號(hào)頻率又很快的話，最終將導(dǎo)致信號(hào)還沒等上升到高電平就又變?yōu)榈土�，于是信�?hào)就無法正確傳送了。

圖9-3 上拉電阻對(duì)波形的影響

綜合考慮，我們常用的上下拉電阻值大多選取在1k到10k之間，具體到底多大通常要根據(jù)實(shí)際需求來選，通常情況下在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)就可以了，不一定是一個(gè)固定的值。

1.3 28BYJ-48型步進(jìn)電機(jī)詳解與實(shí)例

1.3.1 電機(jī)的分類

電機(jī)的分類方式有很多，從用途的角度可劃分電機(jī)分為驅(qū)動(dòng)類電機(jī)和控制類電機(jī)。直流電機(jī)屬于驅(qū)動(dòng)類電機(jī)，這種電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，主要應(yīng)用在電鉆、小車輪子、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)等等設(shè)備上。步進(jìn)電機(jī)屬于控制類電機(jī)，它是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的電機(jī)，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，主要應(yīng)用在自動(dòng)化儀表、機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)流水線、空調(diào)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)等設(shè)備。

步進(jìn)電機(jī)分為反應(yīng)式、永磁式和混合式三種。

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單成本低，但是動(dòng)態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大、可靠性難以保證，所以現(xiàn)在基本已經(jīng)被淘汰。

永磁式步進(jìn)電機(jī)：動(dòng)態(tài)性能好、輸出力矩較大，但誤差相對(duì)來說大一些，因其價(jià)格低廣泛應(yīng)用于消費(fèi)性產(chǎn)品。

混合式步進(jìn)電機(jī)：綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，力矩大、動(dòng)態(tài)性能好、步距角小，精度高，但是結(jié)構(gòu)相對(duì)來說復(fù)雜，價(jià)格也相對(duì)高，主要應(yīng)用于工業(yè)。

我們本章內(nèi)容主要講解28BYJ-48這款步進(jìn)電機(jī)，其中

28——步進(jìn)電機(jī)的有效最大外徑是28毫米

B ——表示是步進(jìn)電機(jī)

Y ——表示是永磁式

J ——表示是減速型

48——表示四相八拍

1.3.2 28BYJ-48型步進(jìn)電機(jī)原理詳解

28BYJ-48是4相永磁式減速步進(jìn)電機(jī)，其外觀如下圖所示：

圖9-4 步進(jìn)電機(jī)外觀

我們先來解釋什么是“4相永磁式”的概念，28BYJ-48的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖9-2所示。先看里圈，它上面有6個(gè)齒，分別標(biāo)注為0-5，這個(gè)叫做轉(zhuǎn)子，顧名思義，它是要轉(zhuǎn)動(dòng)的，轉(zhuǎn)子的每個(gè)齒上都帶有永久的磁性，是一塊永磁體，這就是“永磁式”的概念；再看外圈，這個(gè)就是定子，它是保持不動(dòng)的，實(shí)際上它是跟電機(jī)的外殼固定在一起的，它上面有8個(gè)齒，而每個(gè)齒上都纏上了一個(gè)線圈繞組，正對(duì)著的2個(gè)齒上的繞組又是串聯(lián)在一起的，也就是說正對(duì)著的2個(gè)繞組總是會(huì)同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷的，如此就形成了4相，在圖中分別標(biāo)注為A-B-C-D，這就是“4相”的概念。

圖9-5 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)在我們分析一下它的工作原理：

假定電機(jī)的起始狀態(tài)就如上圖所示，起始時(shí)是B相繞組的開關(guān)閉合，B相繞組導(dǎo)通，那么導(dǎo)通電流就會(huì)在正上和正下兩個(gè)定子齒上產(chǎn)生磁性，這兩個(gè)定子齒上的磁性就會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子上的0和3號(hào)齒產(chǎn)生最強(qiáng)的吸引力，就會(huì)如圖所示的那樣，轉(zhuǎn)子的的0號(hào)齒在正上、3號(hào)齒在正下而處于平衡狀態(tài)；此時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子的1號(hào)齒與右上的定子齒也就是C相的一個(gè)繞組呈現(xiàn)一個(gè)很小的夾角，2號(hào)齒與右邊的定子齒也就是D相繞組呈現(xiàn)一個(gè)稍微大一點(diǎn)的夾角，很明顯這個(gè)夾角是1號(hào)齒和C繞組夾角的2倍，同理，左側(cè)的情況也是一樣的。

接下來，我們把B相繞組斷開，而使C相繞組導(dǎo)通，那么很明顯，右上的定子齒將對(duì)轉(zhuǎn)子1號(hào)齒產(chǎn)生最大的吸引力，而左下的定子齒將對(duì)轉(zhuǎn)子4號(hào)齒，產(chǎn)生最大的吸引力，在這個(gè)吸引力的作用下，轉(zhuǎn)子1、4號(hào)齒將對(duì)齊到右上和左下的定子齒上而保持平衡，如此，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過了起始狀態(tài)時(shí)1號(hào)齒和C相繞組那個(gè)夾角的角度。

再接下來，斷開C相繞組，導(dǎo)通D相繞組，過程與上述的情況完全相同，最終將使轉(zhuǎn)子2、5號(hào)齒與定子D相繞組對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過了上述同樣的角度。

那么很明顯，當(dāng)A相繞組導(dǎo)通，即完成一個(gè)B-C-D-A的四節(jié)拍操作后，轉(zhuǎn)子的0、3號(hào)齒將由原來的對(duì)齊到上下2個(gè)定子齒，而變?yōu)榱藢?duì)齊到左上和右下的兩個(gè)定子齒上，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過了一個(gè)定子齒的角度。依此類推，再來一個(gè)四節(jié)拍，轉(zhuǎn)子就將再轉(zhuǎn)過一個(gè)齒的角度，8個(gè)四節(jié)拍以后轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過完整的一圈，而其中單個(gè)節(jié)拍使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度就很容計(jì)算出來了，即360度÷(8×4)=11.25度，這個(gè)值就叫做步進(jìn)角度。而上述這種工作模式就是步進(jìn)電機(jī)的單四拍模式——單相繞組通電四節(jié)拍。

我們?cè)賮碇v解一種具有更優(yōu)性能的工作模式，那就是在單四拍的每兩個(gè)節(jié)拍之間再插入一個(gè)雙繞組導(dǎo)通的中間節(jié)拍，組成八拍模式。比如，在從B相導(dǎo)通到C項(xiàng)導(dǎo)通的過程中，假如一個(gè)B相和C相同時(shí)導(dǎo)通的節(jié)拍，這個(gè)時(shí)候，由于B、C兩個(gè)繞組的定子齒對(duì)它們附近的轉(zhuǎn)子齒同時(shí)產(chǎn)生相同的吸引力，這將導(dǎo)致這兩個(gè)轉(zhuǎn)子齒的中心線對(duì)比到B、C兩個(gè)繞組的中心線上，也就是新插入的這個(gè)節(jié)拍使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過了上述單四拍模式中步進(jìn)角度的一半，即5.625度。這樣一來，就使轉(zhuǎn)動(dòng)精度增加了一倍，而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈則需要8×8=64拍了。另外，新增加的這個(gè)中間節(jié)拍，還會(huì)在原來單四拍的兩個(gè)節(jié)拍引力之間又加了一把引力，從而可以大大增加電機(jī)的整體扭力輸出，使電機(jī)更“有勁”了。

除了上述的單四拍和八拍的工作模式外，還有一個(gè)雙四拍的工作模式——雙繞組通電四節(jié)拍。其實(shí)就是把八拍模式中的兩個(gè)繞組同時(shí)通電的那四拍單獨(dú)拿出來，而舍棄掉單繞組通電的那四拍而已。其步進(jìn)角度同單四拍是一樣的，但由于它是兩個(gè)繞組同時(shí)導(dǎo)通，所以扭矩會(huì)比單四拍模式大，在此就不做過多解釋了。

八拍模式是這類4相步進(jìn)電機(jī)的最佳工作模式，能最大限度的發(fā)揮電機(jī)的各項(xiàng)性能，也是絕大多數(shù)實(shí)際工程中所選擇的模式，因此我們就重點(diǎn)來講解如何用單片機(jī)程序來控制電機(jī)按八拍模式工作。

1.3.3 如何讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

再重新看一下上面的步進(jìn)電機(jī)外觀圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：步進(jìn)電機(jī)一共有5根引線，其中紅色的是公共端，連接到5V電源，接下來的橙、黃、粉、藍(lán)就對(duì)應(yīng)了A、B、C、D相；那么如果要導(dǎo)通A相繞組，就只需將橙色線接地即可，B相則黃色接地，依此類推；再根據(jù)上述單四拍和八拍工作過程的講解，可以得出下面的繞組控制順序表：

表9-1  八拍模式繞組控制順序表

我們板子上控制步進(jìn)電機(jī)部分是和板子上的顯示控制的74HC138譯碼器部分復(fù)用的P1.0到P1.3，這個(gè)部分我們?cè)?ldquo;全板子測(cè)試視頻”里邊已經(jīng)講過了，可以通過調(diào)整跳線帽實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制，如圖9-6所示。

圖9-6 顯示譯碼器和步進(jìn)電機(jī)接口跳線帽

    如果大家使用電機(jī)的話，需要把4個(gè)跳線帽都調(diào)到跳線組的左側(cè)，即左側(cè)針和中間針連通，就可以使用P1.0到P1.3控制步進(jìn)電機(jī)了，要再使用顯示部分的話，就要再換回到右側(cè)了。那如果大家既想讓顯示部分正常工作，又想讓電機(jī)工作該怎么辦呢？跳線帽保持在右側(cè)，用杜邦線把步進(jìn)電機(jī)的控制引腳（即左側(cè)的排針）連接到其它的暫不使用的單片機(jī)IO上即可。

再來看一下我們步進(jìn)電機(jī)的原理圖，步進(jìn)電機(jī)的控制電路如下：

圖9-7  步進(jìn)電機(jī)控制電路

誠然，單片機(jī)的IO口可以直接輸出0V和5V的電壓，但是電流驅(qū)動(dòng)能力，也就是帶載能力非常有限，所以我們?cè)诿肯嗟目刂凭�上都增加一個(gè)三極管來提高驅(qū)動(dòng)能力。由圖中可以看出，若要使A相導(dǎo)通，則必須是Q2導(dǎo)通，此時(shí)A相也就是橙色線就相當(dāng)于接地了，于是A相繞組導(dǎo)通，此時(shí)單片機(jī)P1口低4位應(yīng)輸出0b1110，即0xE；如要A、B相同時(shí)導(dǎo)通，那么就是Q2、Q3導(dǎo)通，P1口低4位應(yīng)輸出0b1100，即0xC，依此類推，我們可以得到下面的八拍節(jié)拍的IO控制代碼數(shù)組：

unsigned char code BeatCode[8] = { 0xE, 0xC, 0xD, 0x9, 0xB, 0x3, 0x7, 0x6 };

到這里，似乎所有的邏輯問題都解決了，循環(huán)將這個(gè)數(shù)組內(nèi)的值送到P1口就行了。但是，只要再深入想一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)還有個(gè)問題：多長時(shí)間送一次數(shù)據(jù)，也就是說一個(gè)節(jié)拍要持續(xù)多長時(shí)間合適呢？是隨意的嗎？當(dāng)然不是了，這個(gè)時(shí)間是由步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率決定的。啟動(dòng)頻率，就是步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的最高脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)就不能正常啟動(dòng)。下表是由廠家提供的步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表：

表9-2  28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表

表中給出的參數(shù)是≥550，單位是P.P.S，即每秒脈沖數(shù)，這里的意思就是說：每個(gè)電機(jī)保證在你每秒給出550個(gè)步進(jìn)脈沖的情況下，電機(jī)可以啟動(dòng)。換算成單節(jié)拍持續(xù)時(shí)間就是1s÷550=1.8ms，那為了讓電機(jī)能夠啟動(dòng)，我們控制節(jié)拍刷新時(shí)間大于1.8ms就可以了。有了這個(gè)參數(shù)，我們就可以動(dòng)手寫出最簡單的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)程序了，如下：

#include<reg52.h>

unsigned char code BeatCode[8] = {  //步進(jìn)電機(jī)節(jié)拍對(duì)應(yīng)到IO控制電平的代碼

    0xE, 0xC, 0xD, 0x9, 0xB, 0x3, 0x7, 0x6

};

void delay(unsigned int cnt);

void main()

{

    unsigned char buf;

    unsigned char step = 0;

     while(1)

    {

        buf  = P1 & 0xF0;       //用buf暫存P1口的高4位，而低4位清零

        buf |= BeatCode[step];  //buf低4位改為相應(yīng)的節(jié)拍代碼值

        P1   = buf;             //修改后完畢后的值送回到P1口

        step++;        //步進(jìn)節(jié)拍遞增

        step &= 0x07;  //用“與”方式實(shí)現(xiàn)到8歸零

        delay(200);    //延時(shí)2ms，即2ms執(zhí)行一拍

    }

}

void delay(unsigned int cnt)

{

    while (cnt--);

}

趕快編譯下載到板子上試試吧！看看電機(jī)轉(zhuǎn)了沒有？記得換跳線哦！

1.3.4 轉(zhuǎn)動(dòng)精度與深入分析

轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)了，但是不是感覺有點(diǎn)不太對(duì)勁呢？太慢了？別急，咱們繼續(xù)。根據(jù)本章開頭講解的原理，八拍模式時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一圈是需要64個(gè)節(jié)拍，而我們程序中是每個(gè)節(jié)拍持續(xù)2ms，那么轉(zhuǎn)一圈就應(yīng)該是128ms，即1秒鐘轉(zhuǎn)7圈多，可怎么看上去它好像是7秒多才轉(zhuǎn)了一圈呢？

那么，是時(shí)候來了解“永磁式減速步進(jìn)電機(jī)”中這個(gè)“減速的概念了”。下圖是這個(gè)28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)的拆解圖，從圖中可以看到，位于最中心的那個(gè)白色小齒輪才是步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子輸出，64個(gè)節(jié)拍只是讓這個(gè)小齒輪轉(zhuǎn)了一圈，然后它帶動(dòng)那個(gè)淺藍(lán)色的大齒輪，這就是一級(jí)減速。大家看一下右上方的白色齒輪的結(jié)構(gòu)，除電機(jī)轉(zhuǎn)子和最終輸出軸外的3個(gè)傳動(dòng)齒輪都是這樣的結(jié)構(gòu)，一層多齒和一層少齒構(gòu)成，而每一個(gè)齒輪都用自己的少齒層去驅(qū)動(dòng)下一個(gè)齒輪的多齒層，這樣每2個(gè)齒輪都構(gòu)成一級(jí)減速，一共就有了4級(jí)減速，那么總的減速比是多少呢？即轉(zhuǎn)子要轉(zhuǎn)多少圈最終輸出軸才轉(zhuǎn)一圈呢？

圖9-8 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部齒輪示意圖

回頭看一下電機(jī)參數(shù)表中的減速比這個(gè)參數(shù)吧——1:64，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)64圈，最終輸出軸才會(huì)轉(zhuǎn)一圈，也就是需要64×64=4096個(gè)節(jié)拍輸出軸才轉(zhuǎn)過一圈，2ms×4096=8192ms，8秒多才轉(zhuǎn)一圈呢，是不是更剛才的實(shí)驗(yàn)結(jié)果正好吻合了？4096個(gè)節(jié)拍轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，那么一個(gè)節(jié)拍轉(zhuǎn)動(dòng)的角度——步進(jìn)角度就是360/4096，看一下表中的步進(jìn)角度參數(shù)5.625/64，算一下就知道這兩個(gè)值是相等的，一切都已吻合了。

OK，關(guān)于基本的控制原理本該到這里就全部結(jié)束了，但是，我們希望大家都能培養(yǎng)一種“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的思維方式！回想一下，步進(jìn)電機(jī)最大的特點(diǎn)是什么？精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)量！那么我們是不是應(yīng)該檢驗(yàn)一下它到底是不是能精確呢？精確到什么程度呢？怎么來檢驗(yàn)?zāi)�？讓它轉(zhuǎn)過90度，然后量一下準(zhǔn)不準(zhǔn)？也行，但是如果它只差了1度甚至不到1度，你能準(zhǔn)確測(cè)量出來嗎？在沒有精密儀器的情況很難。我們還是讓它多轉(zhuǎn)幾個(gè)整圈，看看它最后停下的位置還是不是原來的位置。對(duì)應(yīng)的，我們把程序修改一下，以方便控制電機(jī)轉(zhuǎn)過任意的圈數(shù)。

#include<reg52.h>

void delay(unsigned int cnt);

void TrunMotor(unsigned long angle);

void main()

{

    TrunMotor(360*25); //360度*25，即25圈

    while(1);

}

void TrunMotor(unsigned long angle)

{

    unsigned char buf;

    unsigned char step = 0;

    unsigned long beats = 0;

    unsigned char code BeatCode[8] = {  //步進(jìn)電機(jī)節(jié)拍對(duì)應(yīng)到IO控制電平的代碼

        0xE, 0xC, 0xD, 0x9, 0xB, 0x3, 0x7, 0x6

    };

    beats = (angle * 4096) / 360; //計(jì)算需要的節(jié)拍數(shù)，4096拍對(duì)應(yīng)一圈

    while (beats--)

    {

        buf  = P1 & 0xF0;       //用buf暫存P1口的高4位，而低4位清零

        buf |= BeatCode[step];  //buf低4位改為相應(yīng)的節(jié)拍代碼值

        P1   = buf;             //修改后完畢后的值送回到P1口

        step++;        //步進(jìn)節(jié)拍遞增

        step &= 0x07;  //用“與”方式實(shí)現(xiàn)到8歸零

        delay(200);    //延時(shí)2ms，即2ms執(zhí)行一拍

    }

    P1 |= 0x0F; //關(guān)閉電機(jī)所有的相

}

void delay(unsigned int cnt)

{

    while (cnt--);

}

上述程序中，我們先編寫了一個(gè)控制電機(jī)轉(zhuǎn)過指定角度的函數(shù)，這個(gè)角度值由函數(shù)的形式參數(shù)給出，然后在主函數(shù)中就可以方便的通過更改調(diào)用時(shí)的實(shí)際參數(shù)來控制電機(jī)轉(zhuǎn)過任意的角度了。我們用了360*25，也就是25圈，當(dāng)然你也可以隨意改為其它的值，看看是什么結(jié)果。我們的程序會(huì)執(zhí)行25*8=200秒的時(shí)間，先記下輸出軸的初始位置，然后上電并耐心等它執(zhí)行完畢，看一下，是不是……有誤差？怎么回事，哪兒出問題了，不是說能精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)量嗎？

這個(gè)問題其實(shí)是出在了減速比上，再來看一下，廠家給出的減速比是1:64，不管是哪個(gè)廠家生產(chǎn)的電機(jī)，只要型號(hào)是28BYJ-48，其標(biāo)稱的減速比就都是1:64。但實(shí)際上呢？經(jīng)過我們的拆解計(jì)算發(fā)現(xiàn)：真實(shí)準(zhǔn)確的減速比并不是這個(gè)值1:64，而是1:63.684！得出這個(gè)數(shù)據(jù)的方法也很簡單，實(shí)際數(shù)一下每個(gè)齒輪的齒數(shù)，然后將各級(jí)減速比相乘，就可以得出結(jié)果了，實(shí)測(cè)的減速比為(32/9)*(22/11)*(26/9)*(31/10)≈63.684，從而得出實(shí)際誤差為0.0049，即約為百分之0.5，轉(zhuǎn)100圈就會(huì)差出半圈，那么我們剛才轉(zhuǎn)了25圈，是不是就差了八分之一圈了，也就是45度，看一下剛才的誤差是45度吧。那么按照1:63.684的實(shí)際減速比，可以得出轉(zhuǎn)過一圈所需要節(jié)拍數(shù)是64*63.684≈4076。那么就把上面程序中電機(jī)驅(qū)動(dòng)函數(shù)里的4096改成4076再試一下吧。是不是看不出絲毫的誤差了？但實(shí)際上誤差還是存在的，因?yàn)樯厦娴挠?jì)算結(jié)果都是約等得出的，實(shí)際誤差大約是0.000056，即萬分之0.56，轉(zhuǎn)一萬圈才會(huì)差出半圈，已經(jīng)可以忽略不計(jì)了。

那么廠家的參數(shù)為什么會(huì)有誤差呢？難道廠家不知道嗎？要解釋這個(gè)問題，我們得回到實(shí)際應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)最通常的目的是控制目標(biāo)轉(zhuǎn)過一定的角度，通常都是在360度以內(nèi)的，而這個(gè)28BYJ-48最初的設(shè)計(jì)目的是用來控制空調(diào)的扇葉的，扇葉的活動(dòng)范圍是不會(huì)超過180度的，所以在這種應(yīng)用場(chǎng)合下，廠商給出一個(gè)近似的整數(shù)減速比1:64已經(jīng)足夠精確了，這也是合情合理的。然而，正如我們的程序那樣，我們不一定是要用它來驅(qū)動(dòng)空調(diào)扇葉，我們可以讓它轉(zhuǎn)動(dòng)很多圈來干別的，這個(gè)時(shí)候就需要更為精確的數(shù)據(jù)了，這也是我們希望讀者都能了解并掌握的，就是說我們要能自己“設(shè)計(jì)”系統(tǒng)并解決其中發(fā)現(xiàn)的問題，而不要被所謂的“現(xiàn)成的方案”限制住思路。

1.3.5 編寫實(shí)用程序的基礎(chǔ)

解決了精度問題，讓我們?cè)俅位氐轿覀兊碾姍C(jī)控制程序上吧。上面給出的兩個(gè)例程都不是實(shí)用的程序，為什么？因?yàn)槌绦蛑写嬖诖蠖蔚难訒r(shí)，而在延時(shí)的時(shí)候是什么其它的事都干不了的，想想第二個(gè)程序，整整200秒什么別的事都干不了，這在實(shí)際的控制系統(tǒng)中是絕對(duì)不允許的。那么怎么改造一下呢？當(dāng)然還是用定時(shí)中斷來完成了，既然每個(gè)節(jié)拍持續(xù)時(shí)間是2ms，那我們直接用定時(shí)器定時(shí)2ms來刷新節(jié)拍就行了。關(guān)于定時(shí)器的一些寄存器的使用和設(shè)置教程可到 http://www.torrancerestoration.com 去看第17課里面有詳解，改造后的程序如下：

#include<reg52.h> 

unsigned long beats = 0;

void TrunMotor(unsigned long angle);

void main()

{

    //配置T0工作在模式1，定時(shí)2ms

    TMOD = 0x01;

    TH0 = 0xF8;

     TL0 = 0xCD;

    TR0 = 1;

    ET0 = 1;

     EA = 1;

    TrunMotor(360*2+180); //控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)2圈半

    while(1);

}

void TrunMotor(unsigned long angle)

{

    //在計(jì)算前關(guān)閉中斷，完成后再打開，以避免中斷打斷計(jì)算過程而造成錯(cuò)誤

    EA = 0;

    beats = (angle * 4076) / 360; //實(shí)測(cè)為4076拍轉(zhuǎn)動(dòng)一圈

    EA = 1;

}

void InterruptTimer0() interrupt 1

{

    unsigned char buf;

    static unsigned char step = 0;      //使用靜態(tài)變量以保存住前一次的值

    unsigned char code BeatCode[8] = {  //步進(jìn)電機(jī)節(jié)拍對(duì)應(yīng)到IO控制電平的代碼

        0xE, 0xC, 0xD, 0x9, 0xB, 0x3, 0x7, 0x6

    };

    TH0 = 0xF8;  //溢出后進(jìn)入中斷重新賦值

    TL0 = 0xCD;

    if (beats != 0)

    {

        buf  = P1 & 0xF0;       //用buf暫存P1口的高4位，而低4位清零

        buf |= BeatCode[step];  //buf低4位改為相應(yīng)的節(jié)拍代碼值

        P1   = buf;             //修改后完畢后的值送回到P1口

        step++;        //步進(jìn)節(jié)拍遞增

        step &= 0x07;  //用“與”方式實(shí)現(xiàn)到8歸零

        beats--;

    }

    else

    {

        P1 |= 0x0F; //關(guān)閉電機(jī)所有的相

    }

}

程序還是比較簡單的，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的啟動(dòng)函數(shù)TrunMotor只負(fù)責(zé)計(jì)算一個(gè)需要的總節(jié)拍數(shù)beats，然后在中斷函數(shù)內(nèi)檢測(cè)這個(gè)變量，不為0時(shí)就執(zhí)行節(jié)拍刷新操作，同時(shí)將其減1，直到減到0位置。

這里，我們要特別說明一下的是TrunMotor函數(shù)中對(duì)EA的兩次操作。我們可以看到對(duì)beats的賦值計(jì)算語句是夾在EA=0;EA=1;這兩行語句中間的，也就是說這行賦值計(jì)算語句在執(zhí)行前先關(guān)閉了中斷；而等它執(zhí)行完后，才又重新打開了中斷；在它執(zhí)行過程中CPU是不會(huì)響應(yīng)中斷的，即中斷函數(shù)InterruptTimer0不會(huì)被執(zhí)行；即使這時(shí)候定時(shí)器溢出了，中斷發(fā)生了，也只能等待在EA重新置1后，才能得到響應(yīng)，中斷函數(shù)InterruptTimer0才會(huì)被執(zhí)行。

那么為什么要這么做呢？我們來想一下：一開始就提到了，我們所使用的STC89C52單片機(jī)是8位單片機(jī)，這個(gè)8位的概念就是說單片機(jī)操作數(shù)據(jù)時(shí)都是按8位即1個(gè)字節(jié)進(jìn)行的，那么要操作多個(gè)字節(jié)（不論是讀還是寫）就必須分多次進(jìn)行了；而我們程序中定義的beats這個(gè)變量是unsigned long型，它要占用4個(gè)字節(jié)，那么對(duì)它的賦值最少也要分4次才能完成了；我們想象一下，假如在完成了其中第一個(gè)字節(jié)的賦值后，恰好中斷發(fā)生了，InterruptTimer0函數(shù)得到執(zhí)行，而這個(gè)函數(shù)內(nèi)可能會(huì)對(duì)beats進(jìn)行減1的操作，減法就有可能發(fā)生借位，借位就會(huì)改變其它的字節(jié)，但因?yàn)榇藭r(shí)其它的字節(jié)還沒有被賦入新值，于是錯(cuò)誤就會(huì)發(fā)生了，減1所得到的結(jié)果就不是預(yù)期的值了！所以要避免這種錯(cuò)誤的發(fā)生就得先暫時(shí)關(guān)閉中斷，等賦值完成后再打開中斷；而如果我們使用的是char或bit型變量的話，因?yàn)樗鼈兌际窃?/font>CPU的一次操作中就完成的，所以即使不關(guān)中斷，也不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。問題分析清楚了，如何取舍還得根據(jù)實(shí)際情況來，遇上這類問題的時(shí)候多多考慮考慮吧。