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使用8051单片机与直流电机接口

在本项目中，我们将学习L293D和L298N电机驱动器，并了解如何使用这两种驱动器与8051单片机实现直流电机接口。

当谈论控制机器人时，第一个想到的就是控制直流电机。将直流电机与单片机接口是机器人应用中的重要概念。通过将直流电机与单片机接口，我们可以实现许多功能，如控制电机转向和速度。本文将介绍如何使用AT89C51控制器（或任何8051单片机变体）控制直流电机。

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1. 电路原理​

单片机引脚的最大输出电流为15mA，电压为5V。但大多数直流电机的功率需求远超单片机的能力，而且电机产生的反电动势（EMF）可能损坏单片机。

因此，不建议将直流电机直接与控制器接口。我们需要在直流电机和单片机之间使用电机驱动电路。

我们使用L293D和L298N电机驱动IC来驱动直流电机。使用这些IC，可以同时驱动两个直流电机。L293D电机驱动器的电机供电范围为4.5V至36V，最大电流为600mA；L298N的电机供电最高可达46V，可提供3A电流。

1.1 L293D电机驱动简介​

L293D是一款四路H桥电机驱动器，用于驱动直流电机。该IC基于H桥原理工作，H桥是一种允许电压双向控制电机方向的电路。

L293D有4个输入引脚，电机方向取决于施加在这些引脚上的逻辑输入。EN1和EN2必须为高电平才能驱动两个直流电机。

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L293D电路逻辑表​

输入电机状态
IN1=0, IN2=0Motor1 空闲
IN1=0, IN2=1Motor1 逆时针
IN1=1, IN2=0Motor1 顺时针
IN1=1, IN2=1Motor1 空闲
IN3=0, IN4=0Motor2 空闲
IN3=0, IN4=1Motor2 逆时针
IN3=1, IN4=0Motor2 顺时针
IN3=1, IN4=1Motor2 空闲

1.2 L298N电机驱动简介​

L298N电机驱动模块是目前更常用的驱动IC，其电流和电压额定值高于L293D。

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2. 使用L293D与8051单片机直流电机接口电路图​

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2.1 所需元件​

  • AT89C51（8051单片机）
  • 8051编程器
  • 编程电缆
  • 12V直流电池或适配器
  • L293D电机驱动器
  • 直流电机
  • 电解电容 – 10μF
  • 陶瓷电容 – 33pF x 2
  • 电阻 10kΩ (1/4W) x 4
  • 按键 x 3
  • 连接线

2.2 电路设计​

主要元件为AT89C51单片机和电机驱动器。电机驱动器输入引脚IN1、IN2分别连接到P3.0和P3.1，用于控制电机方向。直流电机连接到L293D输出端，EN1引脚连接到5V以驱动电机。

开关通过下拉配置连接到单片机的P2.0和P2.1。第一个开关使电机顺时针旋转，第二个开关使电机逆时针旋转。电机驱动器的8、16脚连接到+5V电源。

2.3 算法​

  1. 将P2.0和P2.1声明为输入，将P3.0和P3.1声明为输出。
  2. 检查第一个按钮是否按下，按下则向P3.0发送逻辑1。
  3. 检查第二个按钮是否按下，按下则向P3.1发送逻辑1，否则向端口3发送0。

2.4 代码​

#include<reg51.h>
sbit switch1=P2^0;
sbit switch2=P2^1;
sbit clk=P3^0;
sbit anticlk=P3^1;

void main()
{
	switch1=switch2=1;   // P2.0和P2.1设为输入
	switch1=switch2=0;
	clk=anticlk=0;
	while(1)
	{
		if((switch1))
			clk=1;
		else if((switch2))
			anticlk=1;
		else
			P3=0x00;
	}
}

3. 使用L298N与8051单片机直流电机接口电路图​

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3.1 所需元件​

  • AT89C51（8051单片机）
  • 8051编程器
  • 编程电缆
  • 12V直流电池或适配器
  • L298N电机驱动模块
  • 12V直流电机
  • 电解电容 – 10μF
  • 陶瓷电容 – 33pF x 2
  • 电阻 10kΩ (1/4W)
  • 电阻 1kΩ (1/4W) x 3
  • 电阻包 1kΩ x 8
  • 按键 x 4
  • 连接线

3.2 电路设计​

类似前述电路，L298N输入引脚IN1、IN2分别连接到单片机端口P0.0和P0.1，12V直流电机连接到输出端OUT1、OUT2。

通过三个按键控制电机旋转方向，按键连接到端口P0.5、P0.6、P0.7。

3.3 算法​

  1. 将P0.5、P0.6设为输入，P0.0、P0.1设为输出。
  2. 检查第一个按键是否按下，按下则P0.0=1，P0.1=0，使电机正转。
  3. 检查第二个按键是否按下，按下则P0.1=1，P0.0=0，使电机反转。

3.4 代码​

#include<reg51.h>

sbit mot1 = P0^0;
sbit mot2 = P0^1;
sbit forward = P0^5; 
sbit backward = P0^6;
sbit stop = P0^7;

void main()
{
	mot1=0;
	mot2=0;
	forward=1;
	backward=1;
	stop=1;
	while(1)
	{
		if(forward==0)
		{
			mot1=1;
			mot2=0;
			while(forward==0);
		}
		else if(backward==0)
		{
			mot1=0;
			mot2=1;
			while(backward==0);
		}
		else if(stop==0)
		{
			mot1=0;
			mot2=0;
			while(stop==0);
		}
	}
	while(1);
}

4. 操作步骤​

  1. 将程序烧录到8051单片机。
  2. 按照电路图接线。
  3. 确保电池不要直接连接到控制器。
  4. 开启电源，电机处于静止状态。
  5. 按下第一个按钮，电机顺时针旋转。
  6. 按下第二个按钮，电机逆时针旋转。
  7. 关闭电源。
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5. 应用​

  • 在机器人中用于控制运动方向
  • 控制直流电机速度
  • 驱动高压电机的场合