直流电机实验

单片机使用GP I/O连接ULN2003驱动芯片（单片、高电压、高电流的达林顿晶体管集成电路）

来驱动直流电机和步进电机。

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。转向为电流方向，即延正极方向向负极方向旋转。

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：

如图电流方向为a–>d。则a为正极，d为负极。

ULN2003 芯片介绍

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，比如单片机上本次使用的28BYJ-48 步进电机。

ULN2003 来驱动直流电机，下面来具体介绍下 ULN2003 芯片的使用。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

从上图可以很容易理解该芯片的使用方法，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（B与C相通，E连接GND，COM连接电源），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 输出口。而单片机没有自带上拉电阻，因此，只能COM连接电压输入高电平，而通过任意一个输出口C输出低电平，从而使电机旋转。但是旋转方向固定。

若使用该芯片驱动直流电机，只可实现单方向控制，电机一端接电源正极，另一端接芯片的输出口。若想控制五线四相步进电机，则可将四路输出接到步进电机的四相上，电机另一条线接电源正。

硬件电路设计

A2-A4开发板：输入管脚为P1^ 0到P1^ 3，P2 ^5连接蜂鸣器，本实验用不到。J47上1脚连接VCC，其它四个脚为输出口，通过一个输出口输出低电平，就可以实现电机的工作。而有四个输出口是为了与后面的步进电机兼容。

A5-A7开发板：从上图中可以看出，该电路是独立的，芯片的输入通过 J46 端子提供，芯片的输出由 J47 端子引出。J46 输入对应 J47 输出，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。由于该模块电路是独立的，所以使用任意单片机管脚都可以，为了与我们例程程序配套，这里使用 P1.0 管脚来控制 ULN2003 输出，即将 P1.0 管脚连接到J46 的 IN1，直流电机的两根线接 J47 端子的 1、2 脚即 5V 和 O1。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。

软件编程

因为输入口接的是P1端口，而P1端口中有上拉电阻，所有就算不定义P0端口，从P0端口输出的默认的就是低电平。因此就算不定义，插上电机，电机也会选转。

#include"reg52.h"typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;#define DC_MOTOR_RUN_TIME 5000
sbit DC_Motor P1^0;void delay_1ms(u16 ms)
{u16 i,j;for(i=ms;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);//注意分号
}
void delay_10us(u16 ten_us)
{while(ten_us--);
}void main()
{DC_Motor=1;delay_ms(DC_MOTOR_RUN_TIME);DC_Motor=0;}

实验现象

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