1、 摘要步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于 8051 单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也
2、即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，
3、为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。关键词：步进电机;单片机;精度高;体积小;控制方便。1目录设计要求 21.1 设计要求 .21.2 验收标准 .2步进电机原理及硬件和软件设计 22.1 步进电机工作方式 .22.2 总体设计方框图 .52.3 设计原理分析 .62.3.1 元器件介绍:步进电机 .62.3.2 方案论证 72.3.3 硬件设计 82.3.4 元件清单 .122.3.5 软件设计 .13总结 .19致谢 .19参考文献 .20附录 .212设计要求1.1 设计要求（1）最小系统：选择 AT89C51 单片机为核心元件构成系统。有时钟产生电路和
4、复位电路。（2）控制电路：由开关和按键组成，由操作者根据相应的工作需要进行操作。（3）显示电路：显示电机的工作状态和转速。（4）驱动部分：对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动.（5）主要功能：实现步进电机的正反转，加速、减速；显示电机转速（转速级别）和工作状态（正转、反转、不转） 。1.2 验收标准（1）按照设计要求，画出系统硬件电路组成框图，电路组成原理图，PCB 图，并在现有的单片机实验系统上完成硬件电路接线。（2）完成本题程序设计，提交流程图和程序清单。（3）完成硬件与软件联合调试，实现单片机控制步进电机的功能。（4）提交课程设计报告。步进电机原理及硬件和软件设计2.1 步进
5、电机工作方式由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备-步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图 1 所示：控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫3兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。另一类是用硬件构成的环形分配器，通常称硬环形分配器。功率放大器主要对环形分配器的较小输出信
6、号进行放大，以达到驱动步进电机的目的，步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制两个方面。从结构上看，步进电机分为三相单三拍、三相双三拍和三相六拍 3 种，其基本原理如下：（1）换相顺序的控制通电换相这一过程称为脉冲分配。例如，三相步进电机在单三拍的工作方式下，其各相通电顺序为 ABCA，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A、B、C 相的通断。三相双三拍的通电顺序为ABBCCAAB，三相六拍的通电顺序为 AABBBCCCAA。（2）步进电机的换向控制如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转。若步进电机的励磁方式为三相六拍，即 AABBBCCCAA。如果按反序通电换相，即 AACCCBB
7、BAA，则电机就反转。其他方式情况类似。（3）步进电机的速度控制如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调试。（4）步进电机的起停控制步进电机由于其电气特性，运转时会有步进感。为了使电机转动平滑，减小振动，可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波，可以减小步进电机的步进角，跳过电机运行的平稳性。在步进电机停转时，为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑，则需采用合适的锁定波形，产生锁定磁力矩，锁定步进电机的转轴，使步进电机转轴不能自由转动。（5）步进电机的加减速控制在控制系
8、统中，通过实验发现，如果信号变化太快，步进电机由于惯性跟不上电信号的变化，这时就会产生堵转和失步象。所4有步进电机在启动时，必须有加速过程，在停止时波形有减速过程。理想的加速曲线一般为指数曲线，步进电机整个降速过程频率变化规律是整个加速过程频率变化规律的逆过程。选定的曲线比较符合步进电机升降过程的运行规律，能充分利用步进电机的有效转矩，快速响应性好，缩短了升降速的时间，并可防止失步和过冲现象。实际的控制系统中，根据负载的情况来选择步进电机。步进电机能响应不失步的最高步进频率称为“启动频率” ，于此类似“停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不冲过目标位置的最高步进频率。电机的启动频率、停
9、止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应，有了这些数据，才能有效地对电机进行加减速控制。加速过程有突然施加的脉冲启动频率f0。步进电机的最高启动频率（突跳频率）一般为 0.1KHz 到 34KHz，而最高运行频率则可以达到 N*102KHz，以超过最高启动频率的频率直接启动，会产生堵转和失步的现象。在一般的应用中，用 PLC 实现步进电机的加 P 减速控制，实践上就是控制发脉冲的频率。加速时，使脉冲频率增高，减速则相反。如果使用定时器来控制电机的速度，加减速控制就是不断改变定时中断的设定值。速度从 v1v2 变化，如果是线性增加，则按给定的斜率加 P 减速；如果是突变，则按阶梯加速处理。在此
10、过程中要处理好两个问题：速度转换时间应尽量短。为了缩短速度转换的时间，可以采用建立数据表的方法。结合各曲线段的频率和各段间的阶梯频5率，就可以建立一个连续的数据表，并通过转换程序将其转换为定时初始表。通过在不同的阶段调用相应的定时初值，就可控制电机的运行。定时初值的计算是在定时中断外实现的，并不占用中断时间，保证电机的高速运行。保证控制速度的精确性。要从一个速度准确达到另一个速度，就要建立一个校验机制，以防超过或未达到所需速度。（6）步进电机的换向控制步进电机换向时，一定要在电机降速停止或降到突跳频率范围之内在换向，以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个脉冲结束后以
11、及下一个方向的第一个脉冲前发出。对于脉冲的设计主要要求其有一定的脉冲宽度、脉冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了降速换向加速 3 个过程。2.2 总体设计方框图 根据 C51 芯片的工作方式设计总体设计方框图如图 2 所示。控制信号 ULN2803P AT89C51图 2 总体设计方框图内部时钟产生电路XTAL RSTP3 复位电路键盘控制 电路B C 电机数码管显示转速和状态P2.0P2.6P1.0P1.3 P0.0P0.6 62.3 设计原理分析2.3.1 元器件介绍:步进电机步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一
12、个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是：它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式(HB)，步进电机又称为脉冲电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动，反转和制动的执行元件，其功用是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移，由于开环下就能实现精确定位的特点，使其在工业控制领域获得了广泛应用。步进电机的运转是由电脉冲信号控制的，其角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每个一个脉冲，步进电机就转动一个角度（不距角）或前进、倒退一步。步进电机旋转的角度由输
13、入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电机为数字/角度转换器。四相步进电机的工作原理该设计采用了 20BY-0 型步进电机，该电机为四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机转动。当某一相绕组通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，则转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转的原因。步进电机的静态指标及术语相数：产生不同队 N、S 磁场的激磁线圈对数，常用 m 表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲用 n 表示，
14、或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即ABBCCDDAAB,四相八拍运行方式即 AABBBCCCDDDAA。步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用 表示。=360 度（转子齿角运行拍数） ，以常规二、四相，转子齿角为 50 齿角电机为例。四相运行时步距角为 =360 度/（50*4）=1.8 度，八拍运行时步距角为 =360 度/（50*8）=0.9 度。定位转矩：电机在不通电的状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的） 。静转矩：电机在额定静态作业7下，电机不做旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积的标准，与驱
15、动电压及驱动电源等无关。虽然静态转矩与电磁激磁匝数成正比，与定子和转子间的气隙有关。但过分采用减小气隙，增加励磁匝数来提高静转矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。四相步进电机的脉冲分配规律目前，对步进电机的控制主要有分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计利用单片机进行控制，主要是利用软件进行环形脉冲分配。四相步进电机的工作方式为四相单四拍，双四拍和四相八拍工作的方式。各种工作方式在电源通电时的时序与波形分别如图 1 a、b、c 所示。本设计的电机工作方式为四相单四拍，根据步进电机的工作的时序和波形图，总结出其工作方式为四相单四拍时的脉冲
16、分配规律，四相双四拍的脉冲分配规律，在每一种工作方式中，脉冲的频率越高，其转速就越快，但脉冲频率高到一定程度，步进电机跟不上频率的变化后电机会出现失步现象，所以脉冲频率一定要控制在步进电机允许的范围内。2.3.2 方案论证从该系统的设计要求可知，该系统的输入量为速度和方向，速度应该有增减变化，通常用加减按钮控制速度，这样只要 2 根口线，再加上一根方向线盒一根启动信号线共需要 4 根输入线。系统的输出线与步进电机的绕组数有关。8这里选四相步进电机，该电机共有四相绕组，工作电压为+5V，可以个单片机共用一个电源。步进电机的四相绕组用 P1 口的 P1.0P1.3 控制，由于 P1 口驱动能力不够
17、，因而用一片 2803 增加驱动能力。用 P0 口控制第一数码管用于显示正反转，用 P2 口控制第二个数码管用于显示转速等级。数码管采用共阳的。2.3.3 硬件设计本设计的硬件电路只要包括控制电路、最小系统、驱动电路、显示电路四大部分。最小系统只要是为了使单片机正常工作。控制电路只要由开关和按键组成，由操作者根据相应的工作需要进行操作。显示电路主要是为了显示电机的工作状态和转速。驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。（1）控制电路根据系统的控制要求，控制输入部分设置了启动控制，换向控制，加速控制和减速控制按钮，分别是 K1、K2、S2、S3，控制电路如图 4 所示。通
18、过 K1、K2 状态变化来实现电机的启动和换向功能。当 K1、K2 的状态变化时，内部程序检测 P1.0 和 P1.1 的状态来调用相应的启动和换向程序，发现系统的电机的启动和正反转控制。根据步进电机的工作原理可以知道，步进电机转速的控制主要是通过控制通入电机的脉冲频率，从而控制电机的转速。对于单片机而言，主要的方法有：软件延时和定时中断在此电路中电机的转速控制主要是通过定时器的中断来实现的，该电路控制电机加速度主要是通过S2、S3 的断开和闭合，从而控制外部中断根据按键次数，改变速度值存储区中的数据（该数据为定时器的中断次数） ，这样就改变了步进电机的输出脉冲频率，从而改变了电机的转速。9图
19、 4 控制原理图（2）驱动电路通过 ULN2803 构成比较多的驱动电路，电路图如图 5 所示。通过单片机的 P1.0P1.3 输出脉冲到 ULN2803 的 1B4B 口，经信号放大后从1C4C 口分别输出到电机的 A、B、C、D 相。图 5 步进电机驱动电路（4）显示电路在该步进电机的控制器中，电机可以正反转，可以加速、减速，其中电机转速的等级分为七级，为了方便知道电机的运行状态和电机的转速的等级，这里设计了电机转速和电机的工作状态的显示电路。在显示电中，10主要是利用了单片机的 P0 口和 P2 口。采用两个共阳数码管作显示。第一个数码管接的 a、b、c、d、e、f、g、h 分别接 P0
20、.0P0.7 口，用于显示电机正反转状态，正转时显示“1” ，反转时显示“一” ，不转时显示“0” 。第二个数码管的a、b、c、d、e、f、g、h 分别接 P2.0P2.7 口，用于显示电机的转速级别，共七级，即从 17 转速依次递增， “0”表示转速为零。电路如图 6 所示。图 6 显示电路（5）总体电路图把各个部分的电路图组合成总电路图，如图 7 所示。图 7 Proteus 仿真图11绘制原理图和 PCB 图是注意库中没有的原件要自己会出，注意电气特性。PCB 图布线要尽量少交叉。图 8 Protel 电子线路原理图12图 9 PCB 图2.3.4 元件清单表三 元件名称、大小和封装形式
21、.元件名称 大小 封装形式R1 1K AXIAL0.4R6 10K AXIAL0.3R4 10K AXIAL.3R5 10K AXIAL0.3R3 10K AXIAL0.3X1 12MHZ XTAL1C1 22 RB.2/.4C2 22pF RAD0.1C3 22pF RAD0.1R2 100 AXIAL0.3R7 100 AXIAL0.3R8 100 AXIAL0.3A2 AMBERCA DIP12A1 AMBERCA DIP12U1 AT89C51 DIP40U3 MOTOR STEPPER TO-3S2 SW-PB DIPS3 SW-PB DIP4S5 SW SPDT SDPTU2 UL
22、N2803 DIP18132.3.5 软件设计 （1）系统初始状态的设置内容较多，该系统中，需要初始化定时器、外部中断；对 P 口送初值以决定脉冲分配方式，速度值存储区送初值决定步进电机的启动速度，对方向值存储区送初值决定步进电机旋转方向等内容。若初始化P1=11H、速度和方向初始值均设为 0，就意味着步进电机按四相单四拍运行，系统上电后在没有操作的情况下，步进电机不旋转，方向值显示“0” ，速度值显示“0” ，主程序流程图如图 10 所示。开始初始化显示启动开关为 0?停止计时器速度值为 0？停止计时器启动计时器延时YNYN14图 10 主程序流程图（2）定时中断设计步进电机的转动主要是给电
23、机各绕组按一定的时间间隔连续不断地按规律通入电流，步进电机才会旋转，时间间隔越短，速度就快。在这个系统中，这个时间间隔是用定时器重复中断一定次数产生的，即调节时间间隔就是调节定时器的中断次数，因而在定时器中断程序中，要做的工作主要是判断电机的运行方向、发下一个脉冲，以及保存当前的各种状态。程序流程图如图 11 所示。Y图 11 定时中断程序流程T0中断入口保护现场中断次数-1=0？读方向指示发速度脉冲重送相关状态恢复现场中断返回NY15（3）外部中断设计外部中断所要完成的工作是根据按键次数，改变速度值存储区中的数据（该数据为定时器的中断次数） ，这样就改变了步进电机的输出脉冲频率，也就是改变了
24、电机的转速。速度增加按钮 S2 为 INT0 中断，其程序流程为原数据，当值等于 7 时，不改变原数值返回，小于 7 时，数据加 1 后返回；速度减少按钮 S3，当原数据不为 0，减 1 保存数据，原数据为 0 则保持不变。程序流程图如图 12 所示。Y图 12 外部中断程序流程图外部中断入口保护现场延时去抖速度=上限值？速度值1恢复现场按钮是否弹起？中断返回NYN16(4) 源程序SPEED EQU 10H ;SPEED 为转速等级标志，共 7 级，即 17FX EQU 11H ;FX 为方向标志 COUNT EQU 12H ;COUNT 中断次数标志ORG 0000H AJMP MAIN
25、ORG 0003H ;外部中断 0 入口地址，加速子程序AJMP UPORG 0013H ;外部中断 1 入口地址，减速子程序AJMP DOWNORG 000BH ;定时器 0 中断入口地址，控制中断次数来达到控制转速 AJMP ZDT0ORG 0030HMAIN: MOV SP,#60HMOV TMOD,#01H ;工作于定时、软件置位启动,模式 1（16 位计时器）MOV TH0,#0CFHMOV TL0,#2CH MOV COUNT,#01H SETB ET0 ;定时/计数器允许中断CLR IT0 ;外部中断为电平触发方式，低电平有效CLR IT1SETB EX0 ;外部允许中断SETB
26、 EX1 SETB EA ;开总中断MOV R1,#11H ;四相单四拍运行,共阳数码管方向显示 8，速度值显示 0MOV SPEED,#00H MOV FX,#00H XIANS: MOV A,SPEED MOV DPTR,#LED MOVC A,A+DPTR ;查表获取等级对应数码管代码MOV P2,A ;第二个数码管显示转速等级 MOV A,FX ;准备判断转向 CJNE A,#11H,ELS MOV P0, #0F9H ;第一个数码管显示 1，表示正转 AJMP QDELS: CJNE A,#00H,ZHENG17MOV P0,#0C0H ;第一个数码管显示 0，表示不转AJMP QD
27、ZHENG: MOV P0,#0BFH ;第一个数码管显示-，表示反转QD: JB P3.4,DD ;P3.4 接启动开关 K1 ，P3.4=1 时启动CLR TR0 ;停止定时/计数器 MOV P0,#0C0H ;第一个数码管显示 0，表示不转MOV P2,#0C0H ;第二个数码管显示 0，表示转速为 0MOV SPEED,#00H ;重新赋初值 MOV FX,#00HAJMP QD DD: MOV A,SPEED JNZ GO ;A 不等于 0，即初始速度不为零，则转移到 GOCLR TR0 ;停止定时/计数器AJMP QD GO: SETB TR0 ;开启定时/计数器ACALL DEL
28、AY AJMP XIANSDELAY: MOV R6,#10 ;延时子程序DEL1: MOV R7,#250 HERE1: DJNZ R7, HERE1DJNZ R6,DEL1 RET ；以下 ZDT0 为定时器中断程序ZDT0: PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL MOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0F0H DJNZ COUNT,EXITJB P3.5,NIZHUAN ;查询方向标志 ,P3.5 接换向开关 K2MOV FX,#11H NIZHUAN:MOV A,FXCJNE A,#11H,FZ ;若 A 不等于 11，即正转,则转移到 FZMOV A,R1 ;R
29、1 记录上一次电机脉冲状态 MOV P1,ARR A ;循环右一位 MOV R1,A MOV P1,A 18AJMP REFZ: MOV A,R1MOV P1,A RL A ;循环左移一位MOV P1,A MOV R1,A RE: MOV A,SPEEDMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTR MOV COUNT,A ;把转速级别赋给 COUNT JB P3.5 ,FFX ;P3.5 接换向开关 K2, 即换向位,若 P3.5=1，则跳到 FFXMOV FX,#11HAJMP EXITFFX: MOV FX,#0FEH;只要 FX 不等于 11H,就可以通过循环左移或右移进行换向E
30、XIT: POP DPLPOP DPH POP ACC RETI;以下 UP 为加速中断程序UP: PUSH ACCACALL DELAY ;延时防抖JB P3.2,UPEX ;P3.2 为外部中断 0 位，接增速开关 S2，低电平有效，若3.2=1，则退出MOV A,SPEED CJNE A,#7,SZ ;最大等级为 7，若 A 不等于 7，则转移到 SZAJMP UPEX ;若 A=7,则退出SZ: INC SPEED ;SPEED= SPEED+1 UPEX: POP ACC HERE2: JNB P3.2,HERE2 ;本条指令为防止开关 S2 按下去后弹不起，导致一直产生中断 RET
31、I;以下 DOWN 为减速中断程序DOWN: PUSH ACC ACALL DELAY JB P3.3,DEX ;P3.3 为外部中断 1 位,接减速开关 S3,低电平有效， P3.3=1 则退出MOV A,SPEED 19CJNE A,#0,SJAJMP DEX SJ: DEC SPEED ;SPEED= SPEED-1 DEX: POP ACC HERE3: JNB P3.3,HERE3RETI TAB: DB 0,60,40,35,30,28,25,21 ;经仿真,小于 21 时，由于脉冲太快，会出现失 步 ;LED: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H
32、,0F8H,80H,98HEND总结本设计通过分析步进电机结构、工作原理，查阅步进电机控制系统的相关科技文献，遵循实用、简单、可靠和低成本的原则，设计了一种既可用于精度要求不高，但控制需完备的场合。对本次设计，有以下结论：（1）采用单片机为控制核心，利用其强大的功能，把键盘和显示电路有机的结合起来，组成一个操作方便、交互性强的控制系统。而且整个系统所包含的技术几乎包括了现本科学校控制专业所要求的知识，有利于实践教学取得最大效果。（2）键盘电路和显示电路采用了动态扫描技术，节约了单片机资源。（3）系统软件采用结构化设计，具有易维护性，根据用户新的要求，对软件系统进行少量的修改，使系统功能得到一定
33、程度的提高。致谢本人深知自己做的课设还很不够，由于软件和硬件的各方面原因，系统的应20用讨论不够，精度还有待于进一步提高。由于时间的原因，设备的原因，实验做的不够好，相关验证性的数据、信息不够丰富。可以肯定，随着技术的不断发展，步进电机的控制应用前景将越来越宽阔，而其控制系统也将向着智能化和网络化的方向发展。本课程设计的研究和探讨还远远不够，我们要在现在的基础上，不断吸取新的技术和方法，并将它们应用于本课题的研究上来，进一步深化我们的研究深度，争取有更多的收获。同时感谢这次课程设计给予我们指导的老师和给与我帮助的同学！参考文献（1）张家生.电机原理与拖动基础.北京：北京邮电大学出版社，2006
34、.（2）马淑华，王凤文，张美金.单片机原理与接口技术.北京：北京邮电大学出版社，2007.（3）顾德英，张健，马淑华.计算机控制技术.北京：北京邮电大学出版社，2006.（4）华成英，童诗白.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2008（5）张靖武，周灵彬.单片机系统的 PROTEUS 设计与仿真.北京：电子工业出版社，2007（6）李全利.单片机原理与接口技术.北京：高等教育出版社，2009.21附录ULN2803 达林顿管 IC，一般都是用来驱动功率稍微大一点的被动器件的，而驱动的被动器件里，有很大一部分是感性的，如继电器、马达、电磁阀等，这些感性器件在关断瞬间会产生很高的自感电动势（
35、自感电压） ，低的 10 多伏，高的几十伏，甚至几百伏，这么高的电压很容易把 ULN2803 达林顿管打坏，甚至打坏电路中的其它元器件，所以需要在感性器件上并联一个二极管，用来续流（就是把那个自感高压放掉） ，保护 IC 和其它器件不受破坏，此续流二极管正极接 2803 输出端(即电感器件的一端） ，负极接驱动电源（在 2803 上是 10 脚，也就是电感器件的另一端） 。2803 在内部设计了二极管以后，用户在使用的时候不需要外接二极管，在同时驱动多路器件的时候可以节省 PCB 空间，节约成本、方便走线。ULN2802 ULN2803 ULN2804A 8 个 NPN 达林顿晶体管，连接在阵
36、列非常适合逻辑接口电平数字电路（例如 TTL，CMOS 或 PMOS 上/NMOS）和较高的电流/电压，如电灯，电磁阀，继电器，打印锤或其他类似的负载，广泛的使用范围：计算机，工业和消费应用。所有设备功能由集电极输出和钳位二极管瞬态抑制。该 ULN2803 是专为符合标准 TTL，而制造 ULN2804 适合 6 至 15V的高级别 CMOS 或 PMOS 上。该电路为反向输出型，即输入低电平电压，输出端才能导通工作。22图一 芯片引脚一 引脚图 1-8 引脚：输入端 11-18 引脚：输出端 9 引脚：地端 10(COM)引脚：电源+ COM 脚的作用是当你使用 ULN2803(2003)来
37、驱动继电器时，可以将 COM 脚接到继电器的VCC 端，利用 ULN2803(2003)内部的反向二极管作保护继电器，消除继电器闭合时产生的感应电压。COM 端主要有两种用途：(可悬空) 1 试验用-接地：假如它的输出端都接发光二极管，那么，只要将 COM 端接地，则所有的发光二极管都将亮起，否则，可能是二极管坏或其它什么地方坏了。这对检修是很有利的。 2 保护用-接电源正：假如这个器件是接继电器或针式打印头，因为电感的作用，会在开关过程中产生低于地电位和高于电源电位的反电动势，这样，很容易击穿器件。为了防止这种现象的发生，可将 COM 端接到电源正，来削减冲击电压低到二极管压降加电源电压的幅度-可以使得内部的三极管受到最小的正电压冲击。 至于达林顿关断时产生的负电压我们不必管，因为器件内部就有二极管并接到地的.专门用来削减冲击电压至电源地减去23一个二极管正向压降-可以使得内部的三极管受到最小的反偏电压冲击。
