51单片机（6）-----直流电机的介绍与使用（通过独立按键控制电机的运行）

news2024/11/18 23:41:58

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一. 直流电机模块介绍

1.直流电机介绍

2.电机参数

二. 程序设计及原理介绍

1.ULN2003芯片介绍

2.电机模块图

3.程序设计

三. 实验现象

1.实验现象

2.实验视频

一. 直流电机模块介绍

1.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。

直流电机的结构应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。

2.电机参数

开发板配置的直流电机为 5V 直流电机，其主要参数如下：轴长：8mm 轴径：2mm 电压：1-6V 参考电流：0.35-0.4A 3V 转速：17000-18000 转每分钟

外观实物图如下：

其内部结构如下图所示：

二. 程序设计及原理介绍

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 管脚去驱动大功率器件，要么将芯片烧坏，要么就驱动不起来。所以要驱动大功率器件，比如电机。就必须搭建驱动电路，开发板上板载的驱动芯片是 ULN2003，该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，还可用来驱动五线四相步进电机，比如 28BYJ-48 步进电机。

1.ULN2003芯片介绍

下面来具体介绍下 ULN2003 芯片：

ULN2003 是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集成电路。它是由 7 对 NPN 达林顿管组成的，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。

（1）主要特点

①500mA 额定集电极电流（单个输出）

②高电压输出：50V

③输入和各种逻辑类型兼容

④继电器驱动器

（2）逻辑框图

注意：其内部相当于非门电路，即输入高输出为低，输入为低输出是高，这里要注意：因为 ULN2003 的输出是集电极开路，ULN2003 要输出高电平，必须在输出口外接上拉电阻。这也就能解释在后面连接直流电机时为什么不能直接将 ULN2003 的 2 个输出口接电机线，而必须一根线接电源，另一个才接 ULN2003 。

2.电机模块图

从上图可知，ULN2003 的输入口与单片机的 P1.0-P1.3 连接，对应输出则是 OUT1-OUT4，而 J47 则是提供给外部连接电机的接口，可以支持直流电机、五线四相步进电机 28BYJ-48 连接。本实验使用的是直流电机，电机的一根线连接在 VCC 上，另一根连接在 OUT1 上，因此可通过单片机 P1.0 口输出高电平来控制电机旋转，输出低电源控制电机停止。注意：单片机 P1.0 输出低电平时，ULN2003 的 OUT1 并不会输出高电平导致停止，而是因为集电极开路，导致电机无电流流入致使停止。

3.程序设计

#include <REGX52.H>
//延时函数
void Delay(unsigned int xms)	//@11.0592MHz
{
	unsigned char data i, j;
	while(xms)
	{
		i = 2;
		j = 199;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
		xms--;
	}
}

sbit DC_Motor=P1^0;    //定义直流电机为P1^0口


void main()
{	
	  DC_Motor=0;  //首先让电机停止转动
	while(1)
	{
		if(P3_1==0)  //检查按键是否按下
		{
			Delay(20);   //延时消抖
			if(P3_1==0)  //再次检查按键是否按下
			{
				
			DC_Motor=~DC_Motor;  //电机状态取反
			
			}
			
		}
			while(~P3_1)  //用于检查是否松开按键
			{
				
			}
	}		
}

具体可见上面的注释。