在中国科大首届机器人舞蹈比赛中(中央10台节目转播),我们用一个单片机控制多个步进电机指挥跳舞机器人的双肩、双肘和双脚伴着音乐做出各种协调舒缓充满感情的动作,荣获一等奖。电路采用74373锁存,74LS244和ULN2003作电压和电流驱动,单片机(Atc52)作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时利用方式,实时更新各个电机的速度、方向。整个舞蹈由运动数据所决定的一截截动作无缝连接而成。
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1 步进电机简介 V6_":L"! 步进电机根据内部线圈个数不同分为二相制、三相制、四相制等。本文以四相制为例介绍其内部结构。图1为四相五线制步进电机内部结构示意图。
ia;osqW _w%:PnO 2 四相五线制步进电机的驱动电路 >Z3> 电路主要由单片机工作外围电路、信号锁存和放大电路组成。我们利用了单片机的I/O端口,通过74373锁存,由74LS244驱动,ULN2003对信号进行放大。8个电机共用4bit I/O端口作为数据总线,向电机传送步进脉冲。每个电机分配1bit的I/O端口用作74373锁存信号,锁存步进电机四相脉冲,经ULN2003放大到12V驱动电机运转。
qa@;S,lp Hhk`yX c_ 电路原理图(部分)如图2所示。
]3='TN8aQF (1)Intel 8051系列单片机是一种8位的嵌入式控制器,可寻址64K字节,共有32个可编程双向I/O口,分别称为P0~P3。该系列单片机上集成8K的ROM,128字节RAM可供使用。
Ci4c8 (2)74LS244为三态控制芯片,目的是使单片机足以驱动ULN2003。ULN2003是常用的达林顿管阵列,工作电压是12V,可以提供足够的电流以驱动步进电机。关于这些芯片的详细介绍可参见它们各自的数据手册。
"[fPzIP9 (3)74373是电平控制锁存器,它可使多个步进电机共用一组数据总线。我们用P1.0~P1.7作为8个电机的锁存信号输出端,见表1。
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