【51单片机系列】直流电机使用

本文是关于直流电机使用的相关介绍。

51单片机的应用中，电机控制方面的应用也很多。在学习直流电机(PWM)之前，先使用GPIO控制电机的正反转和停止。但不能直接使用GPIO来驱动电机，需要用相应的驱动芯片来实现。

这里使用ULN2003芯片来驱动电机，实现的功能是：直流电机工作约5s后停止。

一、直流电机介绍

直流电机是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)，或将**机械能转换成直流电能(直流发电机)**的旋转电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。

当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

直流电机的结构由定子和转子两大部分组成。

• 直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
• 运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

直流电机没有正负之分，在两端加上直流电就能工作。需要知道直流电机的额定电压和额定功率，不能使之长时间超负荷运作。在交换接线后，可以形成正反转。

其中一种直流电机的参数如下：

轴长：8mm；轴径：2mm；电压1-6V；参考电流：0.35-0.4A；

直流电机外观实物如下：

内部结构如下：

二、ULN2003芯片介绍

51单片机主要是用来控制而非驱动，如果直接使用芯片的GPIO管脚驱动大功率器件，要么将芯片烧坏，要么驱动不起来。所以要驱动大功率器件，比如电机，就必须搭建外部驱动电路。

这里使用ULN2003芯片进行驱动，该芯片在蜂鸣器使用时已经介绍过，这里再重新介绍下。

ULN2003芯片是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集成电路，不仅可以用来驱动直流电机，还可以用来驱动五线四相步进电机，比如28BYJ-48步进电机。

ULN2003是由7对NPN达林顿管组成，它的高电压输出特性和阴极箝位二极管可以转换感应负载。单个达林顿对的集电极电流是500mA。达林顿管并联可以承受更大的电流。此电路主要应用于继电器驱动器，字锤驱动器，灯驱动器，显示驱动器(LED气体放电)，线路驱动器和逻辑缓冲器。

ULN2003的每对达林顿管都有一个2.7K串联电阻，可以直接和TTL或5V CMOS装置。

ULN2003的主要特点：

• 500mA额定集电极电流(单个输出)
• 高电压输出：50V
• 输入和各种逻辑类型兼容
• 继电器驱动器

UL2003N的逻辑框图如下：

从上图中可以理解该芯片的使用方法，其内部相当于非门电路，当输入高电平时输出低电平，当输入低电平时输出截止。

如果使用该芯片驱动直流电机，只可实现单方向控制，电机一端接电源正极，另一端接芯片的输出口。

如果想控制五线四相步进电机，则可将四路输出接到步进电机的四相上，点击另一条线接电源正极。

三、在proteus中仿真实现对电机的驱动

使用ULN2003芯片控制五线四相步进电机，proteus仿真设计如下

芯片的输入通过单片机的P1^0 ~ P1^5 IO口提供，输出连接到步进电机。

软件设计如下：

/*
	实现功能：ULN2003芯片控制直流电机转动
	[2023-12-13] zoya
*/
#include "reg52.h"
#include "intrins.h"
#include "typedef.h"

sbit moto1 = P1^0;

// 延时函数，i=1时延时10us
void Delay(u16 i)
{
	while(i--);
}

void main()
{
	u8 i;
	moto1 = 0;  // 关闭电机
	for(i=0;i<10;i++) {
		moto1 = 1; // 开启电机
		Delay(5000);  // 延时大约50ms
	}
	moto1 = 0;  // 关闭电机
	
	while(1)
	{
	}	
}

仿真结果：