51单片机学习笔记17 4线双极性马达和SG90舵机

本文主要是介绍51单片机学习笔记17 4线双极性马达和SG90舵机，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、四线双极性电机控制

1. 四线双极性电机工作方式介绍

四线双极性电机通常用于驱动一些需要高效率和可靠性的应用。它的定子通常包含固定的线圈，而转子则是可以旋转的部分，通常是通过磁场与定子相互作用来产生转动力。

（1）工作原理

四线双极性电机的工作原理基于电流和磁场之间的相互作用。当电流通过定子线圈时，产生的磁场会与转子上的磁场相互作用，导致转子产生旋转运动。

（2）驱动方式

四线双极性电机通常使用直流电源供电。通过在定子线圈中施加不同方向的电流，可以控制电机的转向和速度；
该电机驱动原理有4拍驱动和8拍驱动，4拍即4个节拍一转动圈，8拍即8个节拍一圈。

本文使用TC1508S芯片用来驱动4线双极性电机。

（3）极性区分

与五线四相步进电机相比，四线双极性步进电机只有四根电路线，其中两根用于控制两个线圈（相），另外两根则是共阳或共阴线和地线。

• 四线双极性步进电机的线圈是分别独立连接的，每个线圈只与一个控制线相连。
• 四线双极性步进电机的步进角度通常较大，因为它们只有两个线圈，步进角度受限于线圈的布置方式。

（4）驱动方式

四线双极性步进电机只需要使用两个控制信号，通过改变信号的极性来控制线圈的激活，从而实现步进运动。

2. TC1508S芯片介绍

TC1508S是一款双通道直流电机驱动集成电路，主要用于驱动中小型直流电机或四线双极性步进电机。这款芯片内置了功率MOSFET全桥驱动电路，可以方便地实现电机的正转、反转、停止以及刹车控制。

我手头的步进电机额定电压要6-24V，TC1508S无法直接驱动。已网购 TMI8549 芯片，到手实验成功后补充驱动电路 。

（1）主要特性

1. 双通道设计：能够独立驱动两个直流电机或一个步进电机的两个绕组。

2. 内置MOSFET：集成高耐压和大电流的MOSFET，每个通道的最大连续输出电流可达1.8A，并且支持峰值电流2.5A，这意味着它可以直接驱动中低功率的直流电机而无需额外的H桥驱动电路。

3. 宽电压工作范围：适合多种电源电压条件下的应用。

4. 高效能：具有超低的待机电流和工作电流，有助于节能和提高整体系统效率。

5. 控制功能：提供前进、后退和制动模式的控制接口，使得在嵌入式系统中对电机进行精准操控变得容易。

6. 保护机制：虽然具体的保护功能未明确指出，但通常这类马达驱动芯片会包含过流、短路等保护措施以确保芯片及电机的安全。

（2）引脚

• INA、INB 第一通道输入
• OUTA、OUTB 第一通道输出
• INC、IND 第二通道输入
• OUTC、OUTD 第二通道输出
• 几个GND 连地
• VDD 连5V

（3）输入/输出逻辑表

INA	INB	OUTA	OUTB	运动方式
L	L	Hi-Z	Hi-Z	待命状态
H	L	H	L	前进
L	H	L	H	后退
H	H	L	L	刹车

波形：

第二通道与此类似 。
由于输出可以反相，可以控制电机正转或反转。

3. 模块电路图

本文示例是从网上直接购买的模块组件，原理图如下：

PCB示例：

4. 代码实现

dc_motor_4_wire_utils.c

#include "dc_motor_4_wire_utils.h"// 默认逆时针方向
static u8 dir=0;
// 默认最大速度旋转
static u8 speed=STEPMOTOR_MAXSPEED;
static u8 step=0;
// 1运行中 0停止运行
static u8 run_flag=0;
/**
* @brief 向步进电机发送一个脉冲
* @param step 指定步进序号，可选值0~7
* @param dir 方向选择,1：顺时针,0：逆时针
*/
void step_motor_4_wire_send_pulse(void){u8 temp=step;if(dir==0)	//如果为逆时针旋转temp=7-step;//调换节拍信号// (A+)---(A+B+)---(B+)--(B+A-)---(A-)---(A-B-)---(B-)---(B-A+)// A-AC-C-CB-B-BD-D-DA-Aswitch(temp){   //        黑A+  绿A-    黄B+   红B-case 0: IN_A=1;IN_B=0;IN_C=0;IN_D=0;break;case 1: IN_A=1;IN_B=0;IN_C=1;IN_D=0;break;case 2: IN_A=0;IN_B=0;IN_C=1;IN_D=0;break;case 3: IN_A=0;IN_B=1;IN_C=1;IN_D=0;break;case 4: IN_A=0;IN_B=1;IN_C=0;IN_D=0;break;case 5: IN_A=0;IN_B=1;IN_C=0;IN_D=1;break;case 6: IN_A=0;IN_B=0;IN_C=0;IN_D=1;break;case 7: IN_A=1;IN_B=0;IN_C=0;IN_D=1;break;//default: IN_A=0;IN_B=0;IN_C=0;IN_D=0;break;}			
}
/**
* @brief 设置速度
*/
void step_motor_4_wire_set_speed(u8 s){speed=s;
}
/**
* @brief 增加速度
*/
void step_motor_4_wire_increase_speed(void){if(speed>STEPMOTOR_MAXSPEED)speed--;else{speed = STEPMOTOR_MINSPEED;}
}
/**
* @brief 设置方向
*/
void step_motor_4_wire_set_dir(u8 d){dir=d;
}
/**
* @brief 反转方向
*/
void step_motor_4_wire_revert_dir(void){if(dir==0)dir=1;elsedir=0;
}
/**
* @brief 启动
*/
void step_motor_4_wire_start(void){run_flag=1;
}
/**
* @brief 运行
*/
void step_motor_4_wire_run(void){if(run_flag==1){step_motor_4_wire_send_pulse();step++;if(step>7)step=0;delay_10us(speed*300);}
}
/**
* @brief 停止
*/
void step_motor_4_wire_stop(void){run_flag=0;
}
void step_motor_4_wire_init(void){IN_A=0;IN_B=0;IN_C=0;IN_D=0;
}

main.c

#include "dc_motor_4_wire_utils.h"
#include "key_utils.h"/**
* @brief 按键3_4回调函数
*/
void key3_4Callback(int keyNum){// key3 转方向 if(keyNum == 3){step_motor_4_wire_revert_dir();}else{// key4 增加速度step_motor_4_wire_increase_speed();}
}/**
* @brief 主函数
*/
void main()
{step_motor_4_wire_init();step_motor_4_wire_set_speed(1);// 顺时针旋转step_motor_4_wire_set_dir(1);// 启动步进电机step_motor_4_wire_start();key3_init();key4_init();setCallback(key3_4Callback);while(1){// 运行步进电机step_motor_4_wire_run();}		
}

二、SG90舵机控制

1. SG90简介

SG90舵机是一款常见且经济实惠的小型模拟伺服电机，广泛应用于各类DIY电子制作、机器人技术和模型制作中。它的主要特性和参数的简要介绍：

1. 结构与尺寸：

   • 尺寸小巧，规格约为21.5mm x 11.8mm x 22.7mm，重量仅为9克，适合在空间有限的应用场合中使用。

2. 工作原理：

   • 舵机作为一种位置伺服驱动器，通过接收外部控制器（如单片机、遥控器等）发出的PWM（脉宽调制）信号，依据脉冲宽度的变化来精确控制转动的角度。

3. 电气规格：

   • 工作电压范围为4.8V至6V，典型工作电压为4.8V。
   • 最大扭矩约为1.2至1.4公斤/厘米（在4.8V电压下），意味着它能提供足够的力量保持特定角度或者克服一定阻力。
   • 控制信号周期通常为20毫秒，脉冲宽度在0.5ms至2.5ms之间变化，对应不同的旋转角度，1.5ms时位于中心位置（约180度机械结构的一半）。
   • 脉冲控制精度较高，可达2微秒级别。
   • 位置等级为1024级，理论上可实现更精细的角度定位。

4. 性能指标：

   • 无负载情况下，SG90舵机在4.8V电压下大约能在0.12秒内完成60度的旋转，即每度大约需要0.002秒。
   • 使用温度范围较宽，从-30摄氏度到+60摄氏度。
   • 设有死区设定，防止舵机在接近目标角度时过度抖动，提高了稳定性。

5. 类型：

   • 根据内部结构材料的不同，SG90舵机有塑料齿轮和金属齿轮两种版本，金属齿轮版通常具有更高的耐用性和承载能力。

2. 硬件连接

51单片机的I/O端口可以直接连接SG90，

颜色	引脚
红 色	VCC
棕色	GND
橙色	信号线

3. 控制信号

调整信号线的PWM，就可以让SG90实现各个角度转动。

180度舵机控制参数：

角度 (°)	脉冲周期 (ms)	占空比 (%)	脉冲高电平时间 (ms)
0	20	2.5	0.5
45	20	5.0	1
90	20	7.5	1.5
135	20	10	2
180	20	12.5	2.5

4. 代码示例

dc_motor_sg90_utils.c

#include "dc_motor_sg90_utils.h"// 信号引脚
sbit SG_PWM = P0^0;
// 计数用来切换高低电平
static u8 PWM_count=3;   
static u8 count=0;//1--0度，2--45度，3--90度，4--135度，5--180度
static u8 sg90_angle=0;
void sg90_timer_Init()
{TMOD = 0X01;      	// T0定时方式1TH0 = 0Xfe;TL0 = 0X33;       	// 计数初值设置为0.5msET0=1;          	// 打开定时器0的中断TR0=1;          	// 打开定时器0EA=1;           	// 开总中断
}
// 定时器中断0
void sg90_timer_irq() interrupt 1
{TR0=0;TH0 = 0XFE;TL0 = 0X33;       //重新赋计数初值为0.5msif(count <= PWM_count){SG_PWM=1;}else{SG_PWM=0;}count++;if(count>=40){count=0;sg90_angle++;}TR0=1;
}
void sg90_run(void){if(sg90_angle==16){PWM_count=1;}if(sg90_angle==32){PWM_count=3;sg90_angle=0;}
}

main.c

#include "dc_motor_sg90_utils.h"void main()
{sg90_timer_Init();while(1){sg90_run();}
}

本文代码开源地址：
https://gitee.com/xundh/learn51

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