12.2.3 输出通道中的光电隔离
在单片机输出通道中，应用光耦合的目的除了起隔离作用外，还可以具有电平转换和驱动功能。一般是对数字量进行隔离。
1、继电器线圈的隔离和驱动
当继电器线圈的工作电流较小，为光敏三极管所允许时，可以直接驱动。若所接继电器线圈的工作电流较大时，需要再加一级驱动。
下图是单片机输出信号经光耦合器控制继电器线圈电路。微机控制信号一般经过I/O口输出。图中经TTL非门接到光电耦合器的发光二极管负端。
图中：R1和R2是限流电阻。
与继电大线圈并联有一只二极管，其作用是当线圈断电时为线圈提供一个通路。避免当电流突变时，产生高电压而击穿光敏三极管。
继电器的驱动电源电压选用12V，此值与所选继电器相适应。对于型号相同的继电器，线圈工作电压高的其工作电流就小，但是要考虑到光敏三级管的反向击穿电压允许值。
2、晶闸管触发信号的隔离
晶闸管所在的主电路一般是交流强电回路。用单片机控制晶闸管触发时，为避免单片机受到交流电的干扰，必须采取隔离措施。
此外，利用光敏晶闸管型光耦合器，可以不经放大环节直接触发一定功率的晶闸管，或者直接带动负载。这种光耦合器兼有隔离和驱动双重功能。
12.3 步进电动机的驱动与接口
步进电动机接收步进控制脉冲，输出角位移或线位移。
步进电动机具有启停迅速、步距精确、控制方便等特点，广泛应用于需要精确定位的控制系统和仪器设备中。如数控机床、光学仪器、打印机、磁盘驱动器等。
随着计算机的广泛应用，目前步进电动机的运行一般都采用单片机控制。
12.3.1 步进电动机工作方式
下图为一种反应式步进电动机的结构示意图。图中电动机定子上有6个磁极：U1、U2、V1、V2、W1、W2，每个磁极上有5个均匀分布的矩形小齿。相邻两个磁极之间相隔600。相对的两个磁极组成一相，磁极上绕有一相线圈。构成三相步进电动机，包括U1—U2相、V1—V2相和W1—W2相。当某一相绕组有电流通过时，该绕组所在的两个磁极形成N极和S极。
转子上没有绕组，有40个矩形小齿均匀分布在圆周上，相邻两个小齿之间的夹角为9°，定子上小齿的齿距相同。
步进电机的定子结构示意图
当某相绕组通电时，所在的磁极产生磁场，与转子形成磁路。
若此时该定子磁极的小齿与转子的小齿没有对齐，相互之间就会产生圆周方向的力矩，使转子齿转过一个角度，直到与定子齿对齐为止。
可见在步进电动机中，定、转子错齿是使转子得到步进转矩的基本因素。注:步进的铭牌上标有三相三拍/三相双三拍/三相
六拍指明其工作方式。
12.3.2 步进电动机控制系统和控制
方法
步进电动机控制系统由步进控制器、功率放大器和步进电动机构成，如下图所示。
步进控制器包括缓冲寄存器、环行分配器、控制逻辑有正反转控制门等。其作用是把输入脉冲变为环行脉冲，以便实现对步进电动机的转动和正反向控制。
功率放大器的作用是将步进控制器输出的环行脉冲加以放大，以驱动步进电动机转动。在这种控制方式下，由于步进控制器线路复杂，成本高，了它的使用。
采用单片机控制系统，用软件实现上述步进控制器的功能，使控制系统大为简化，不仅降低了成本，而且控制方便，提高可靠性。
在步进电动机的单片机控制系统中，脉冲的产生及步数、方向和速度的控制都由单片机来实现。通过接口进行信号传递并作必要的隔离。驱动器的作用是对脉冲信号进行功率放大。
单片机控制系统中要解决两个基本问题：脉冲序列的产生和脉冲的分配。
下面以MCS—51系列单片机和三相步进电动机为例加以说明。
1、脉冲序列的产生
利用单片机产生脉冲的方法是：令I/O口某位为高电平，延时一段时间后，再令该位为低电平，就能产生一个步进脉冲。
单片机控制步进电机的系统结构
程序如下：
PULSE：SETB P1．0
ACALL DELAYCLR P1．0
DELAY：MOV R7，7BH ；延时时间为（DL1：
NOP ；2μsNOP ；2μsNOP ；2μs
DJNZ R7，DL1 ；4μs；RET
注：晶振频率为６MHZ
7BH）×10μs 执行此段程序，可以从P1.0线输出一个持续一定时间的正脉冲。脉冲幅度为TTL电平。延时时间取决于事先装入7BH单元的内容。如（7BH）=H，这段延时子程序DELAY的延时时间为1ms。当P1.0=0后，又令另外某一位等于1，如此循环，就能产生脉冲序列。利用P1.0、P1.1、P1.2三位可以产生三相三拍脉冲系列。
三相三拍脉冲系列
2、脉冲的分配
要使步进电动机按照预定要求实现步进动作，就要将步进脉冲适当分配给电动机定子绕组。
现利用单片机I/O口的一位来控制步进电动机的一相绕组。三相步进电机需要使用三根I/O口线，例如使用MCS—51系列单片机的P1．0、P1．1、P1．2，分别接到步进电动机的U相、V相和W相。脉冲的分配规律取决于电动机的相数、工作方式和要求的转动方向。
对于三相步进电动机不同的工作方式，可以确定对P1口所传送的数码（控制字）及其变化规律。
1）三相单三拍见下表
步序
通电绕组
P1.7
123
U相V相W相
000
P1.6000
P1.5000
P1口各位数码P1.4000
P1.3000
P1.2001
P1.1010
P1.0100
01H02H04H控制字
三相双三拍见下表
通电步序绕组
P1口各位数码
P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0
123
UV相VW相WU相
000
000
000
000
000
011
110
101
03H06H05H
控制字
三相六拍见下表
通电步序绕组1
U相
P1口各位数码
P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.00
0
0
0
0
0
0
1
控制字01H
234
UV相V相VW相
000
000
000
000
000
001
111
100
03H02H06H
56
W相WU相
00
00
00
00
00
11
00
01
04H05H
在步进电动机某一工作方式下，按照上述的控制字顺序给P1口送数，就能实现正确的脉冲分配。当然，送相邻的控制字之间要有一定的延时。若要使步进电动机反向转动，将上述的控制字顺序倒过来即可。
思考题
1、简述步进电机的工作原理。
2、三相单三拍、三相双三拍、三相六拍的步进电机有什么区别？
