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步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文第1篇

概述

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

目前，對步進(jìn)電機(jī)的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。本設(shè)計選用第三種方案，用PMM8713三相或四相步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配器、SI-7300A兩相或四相功率驅(qū)動器，組成四相步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動電路，以提高集成度和可靠性，步進(jìn)電機(jī)控制框圖見圖1。

硬件簡介

PMM8713原理框圖及功能

PMM8713是日本三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器，適用于控制三相或四相步進(jìn)電機(jī)?？刂迫嗷蛩南嗖竭M(jìn)電機(jī)時都可以選擇3種勵磁方式，每相最小吸入與拉出電流為20mA，它不僅滿足后級功率放大器的輸入要求，而且在其所有輸入端上均內(nèi)嵌施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力強(qiáng)，其原理框圖如圖2所示。

在PMM8713的內(nèi)部電路中，時鐘選通部分用于設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入發(fā)。PMM8713有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。采用雙脈沖輸入法時，CP、CU兩端分別輸入步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。當(dāng)采用單脈沖輸入時，步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向由U／D的高、低電位決定。

激勵方式控制電路用來選擇采用何種勵磁方式。激勵方式判斷電路用于輸出檢測；而可逆環(huán)形計數(shù)器則用于產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)在選定的勵磁方式下的各相通斷時序信號。

SI-7300A的結(jié)構(gòu)及功率驅(qū)動原理

SI-7300A是日本三青公司生產(chǎn)的高性能步進(jìn)電機(jī)集成功率放大器，該器件為單極性四相驅(qū)動，采用SIPI8封裝。

步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動級電路可分為電壓和電流兩種驅(qū)動方式。電流驅(qū)動方式最常用的是PWM恒流斬波驅(qū)動電路，也是最常用的高性能驅(qū)動方式，其中一相的等效電路圖如圖3所示。

LM331芯片

LM331是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的雙列直插式8腳芯片，只需接入幾個外部元件就可以方便地構(gòu)成電壓／頻率(V／F)變換電路，電路如圖4所示。

LM331的輸出頻率和輸入電壓存在如下關(guān)系：fo=Vi／(IRtIRL)，其中t,sub>1由外接的定時元件Rt和Ct決定，t1=1.1RtCt，IR由內(nèi)部精密電流源提供，IR=1.9V／Rs。故fo=ViRs／(2.09RtRLCt)。Rs為可調(diào)電阻，它的作用是調(diào)整LM331的增益偏差。Ct為濾波電容，一般為0.01～0.1μF，在濾波效果較好的情況下，可使用1μF的電容。為了提高精度和穩(wěn)定度，組容元件選用低溫度系數(shù)的器件。

應(yīng)用舉例

用PMM8713步進(jìn)電機(jī)環(huán)形分配器與S17300A步進(jìn)電機(jī)功率放大器設(shè)計了一個四相步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動電路，PMM8713采取單脈沖輸入、1-2相勵磁方式，電路如圖5所示。圖中PD控制端為S17300A的輸入電流Io調(diào)節(jié)端，可懸空或接高電平，接高電平時可適當(dāng)提高S17300A的輸出電流Io，在本應(yīng)用系統(tǒng)中懸空使用。圖中PMM8713的時鐘脈沖輸入信號由LM33l(V／F)輸出，方向控制信號和步進(jìn)電機(jī)的起停信號由窗口比較電路給出。

窗口比較電路為步進(jìn)電機(jī)提供方向控制信號和步進(jìn)電機(jī)的起?？刂菩盘?，電路如圖6所示。其中，U1、U2為數(shù)控等離子切割機(jī)弧壓的上、下限電壓，Ui為檢測到的弧壓。當(dāng)Ui＞U1，V3輸出為高電平，V4輸出為低電平， V5輸出為高電平；當(dāng)U2＜Ui

方向控制信號V3或V4輸出端接PMM8713的C／D，控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；U5輸出端接PMM8713的復(fù)位端R，控制步進(jìn)電機(jī)的起停。LMM331(V／F)輸出端fo接PMM8713的CK，為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖控制信號。由此可見，當(dāng)U2＜Ui＜U1時，V5輸出為低電平，步進(jìn)電機(jī)不運動；當(dāng)Ui＞U1或者Ui＜U2時，V5輸出為高電平，步進(jìn)電機(jī)運動(步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由方向控制信號控制)至U2＜Ui＜U1的范圍內(nèi)，從而保證Ui始終位于U2＜Ui＜Ul范圍內(nèi)。

結(jié)束語

該驅(qū)動電路被用于數(shù)控等離子切割機(jī)弧壓自動調(diào)高系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的電機(jī)是42BYG009型混合式步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動電壓為直流24V。通過實踐證明該步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動電路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、效率高、矩頻特性好，可廣泛應(yīng)用于小型機(jī)電一體化設(shè)備中。

參考文獻(xiàn)

[1]日本SanKen電子公司網(wǎng)站資料．WWW.sanken-ele.co.jp/en

[2]譚建成．電機(jī)控制專用集成電路．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997．

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文第2篇

關(guān)鍵詞:步進(jìn)電機(jī);單片機(jī);調(diào)速系統(tǒng);Proteus

中圖分類號:TP27文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)05-104-03

Design of Control System of Stepper Motor Based on Proteus and Single Chip Microcomputer

YANG Hong,LI Guohui

(Xi′an University of Post and Telecommunications,Xi′an,710061,China)

Abstract:Stepper motor is the open-loop control device changing the electrical pulse signal into angular displacement or linear displacement.The speed of stepper motor is controlled by turning the CP pulse frequency by the internal timer of AT89C52 single chip microcomputer,and its normal-reverse function is realized.The simulation is done by the Proteus software of EDA,and the hardware circuit is also designed.The results show that the simulation results by Proteus software and the hardware experimental results are basically consistent.The simulation is used firstly by Proteus,and it is transplanted into the corresponding hardware circuit.This way can reduce system′s developing costs and cycle,and has a certain promoting value.

Keywords:stepper motor;single chip microcomputer;speed regulating system;Proteus

0 引 言

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號變換成角位移或直線位移的執(zhí)行部件。步進(jìn)電機(jī)則有定位和運轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài),當(dāng)有脈沖輸入時步進(jìn)電機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動,每給它一個脈沖信號,它就轉(zhuǎn)動一定的角度[1]。步進(jìn)電機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)格成正比,在時間上與輸入脈沖同步,因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機(jī)繞組通電的相序,便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。在沒有脈沖輸入時,在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài),因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)作為一種高可控性的特種電機(jī),利用其沒有誤差積累(精度為100%)的特點,廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。

英國Labcenter electronics公司推出了嵌入式設(shè)計仿真與開發(fā)平臺Proteus,用戶可以根據(jù)需要搭建開發(fā)平臺,將編譯好的目標(biāo)代碼加載到芯片中。目前支持的編譯器有Keil,GNU以及IAR等。在Proteus軟件中還可以查看多種調(diào)試信息,如源代碼執(zhí)行情況、CPU寄存器信息、變量值以及FLASH與RAM中的信息等。大量的元件庫支持大型設(shè)計,而且在仿真中還可以觀察各元件的狀態(tài)。先通過Proteus仿真,再移植到相應(yīng)的硬件電路,這種方式可以減小系統(tǒng)開發(fā)開支和周期,值得推廣。

1 系統(tǒng)的總體方案

該設(shè)計如圖1所示,將單片機(jī)AT89C52產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖通過功率放大器放大,從而驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。通過4個按鍵,實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速等功能,通過軟件與硬件相結(jié)合的控制方法,實現(xiàn)了運用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定控制,實現(xiàn)grade 0~grade 9十級變速,轉(zhuǎn)速分別是3 r/min,5 r/min,8 r/min,10 r/min,12 r/min,15 r/min,30 r/min,40 r/min,60 r/min,120 r/min,變速范圍較廣,并采用LCD1602顯示屏即時顯示控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動信息。系統(tǒng)軟件編寫遵循模塊化設(shè)計的原則,代碼具有良好的易維護(hù)性和可移植性。本系統(tǒng)操作方便,可靠性高,其設(shè)計精度可以滿足一般工業(yè)控制的要求,能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要,實現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)的良好控制。

圖1 系統(tǒng)原理圖

2 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路、LCD顯示電路、鍵盤電路等,系統(tǒng)電路圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)電路圖

2.1 驅(qū)動電路的設(shè)計

步進(jìn)電機(jī)不能直接采用直流或者普通交流來供電,必須采用專門的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制器,其驅(qū)動控制器一般包括脈沖發(fā)生與分配單元、功率驅(qū)動單元,閉環(huán)控制電路中還將加入反饋和保護(hù)單元。大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)運動控制系統(tǒng)都運行在開環(huán)狀態(tài)下,因為成本較低,并無須反饋,故本設(shè)計采用了開環(huán)控制方式。

(1) 脈沖分配器

脈沖分配器又稱環(huán)形分配器。步進(jìn)電機(jī)正常工作需要按照步進(jìn)電機(jī)的勵磁狀態(tài)表所規(guī)定的狀態(tài)和順序依次對各相繞組進(jìn)行通電或者斷電控制,各相驅(qū)動信號來源于脈沖分配器。脈沖分配器的主要功能是把來源于控制環(huán)節(jié)的時鐘脈沖串按一定的規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的各相輸入端,控制勵磁繞組的導(dǎo)通或者截止。脈沖分配器是一種特殊的可逆循環(huán)計數(shù)器,只是這種計數(shù)器的輸出不是一般的編碼,而是步進(jìn)電機(jī)激勵磁狀態(tài)要求的特殊編碼。

由于單片機(jī)的硬件資源完全夠用,采取軟件實現(xiàn)環(huán)形脈沖分配器的功能,使得硬件設(shè)計更為簡潔。

(2) 激勵方式

二相六線永磁式步進(jìn)電機(jī)的激勵方式有一相、┒相、一至二相三種。一相激勵方式是指每一時刻四相中只有一相接通,步進(jìn)電機(jī)以此方式工作時,溫升較高,電源功率功耗小,但是當(dāng)速度較高時容易產(chǎn)生失步;┒相激勵方式是指每一個時刻四相中有兩相導(dǎo)通,然后按四相的順序循環(huán);一至二相激勵方式使步進(jìn)電機(jī)工作在半步狀態(tài),與整步工作狀態(tài)相比較,半步狀態(tài)振動較小,且控制更準(zhǔn)確。本設(shè)計中選用一至二相激勵方式驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文第3篇

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)

中圖分類號： TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

前言

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。

一、步進(jìn)電機(jī)概述

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置，是一種輸出與輸入數(shù)字脈沖對應(yīng)的增量驅(qū)動元件，具有快速啟動和停止的能力。當(dāng)負(fù)荷不超過步進(jìn)電機(jī)所提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值時，它就可能在一瞬間實現(xiàn)啟動和停止。它的步矩角和轉(zhuǎn)速不受電壓波動和負(fù)載變化的影響，也不受環(huán)境條件(如溫度、氣壓、沖擊和振動等)的影響，僅與脈沖頻率有關(guān)。它每轉(zhuǎn)l周都有固定的步數(shù)，在不丟步的情況下運行，其步距誤差不會長期積累。

正是因為步進(jìn)電機(jī)具備上述優(yōu)點，它已經(jīng)被廣泛地用于自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。但大多數(shù)設(shè)計人員常常習(xí)慣于用邏輯電路實現(xiàn)復(fù)雜的步進(jìn)電機(jī)的控制，雖然已經(jīng)取得很大成效，但實現(xiàn)起來成本高、費時多，而且一旦組成了電路，就很難再改動，因此不得不完全重新設(shè)計控制器。

微處理器與微計算機(jī)的先進(jìn)技術(shù)和低廉的價格，給步進(jìn)電機(jī)的控制開創(chuàng)了一個新的局面。人們完全可以借助于軟件來對步進(jìn)電機(jī)實施控制，從而實現(xiàn)復(fù)雜而成本又不高的控制系統(tǒng)， 同時還可以很靈活地通過改變程序來改變控制方案。

二、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)細(xì)分驅(qū)動原理

步進(jìn)電機(jī)的工作原理本質(zhì)上靠勵磁繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)的合磁場帶動轉(zhuǎn)子做同步運動翻。不細(xì)分時步進(jìn)電機(jī)的合磁場將以一個固定的角度旋轉(zhuǎn)，如果對這個角度進(jìn)行細(xì)分，那么就可以實現(xiàn)對步距角的細(xì)分。由于勵磁繞組通電之后產(chǎn)生磁通量正比于電流的大小。因而只要控制各個繞組的電流的大小和方向就可以控制步進(jìn)電機(jī)各個繞組產(chǎn)生的合磁場的大小和方向。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在整步或半步時，只需對繞組進(jìn)行正、反向通斷電控制。工作在細(xì)分狀態(tài)下就需要精確控制流過繞組電流的大小。細(xì)分驅(qū)動技術(shù)主要是通過對步進(jìn)電機(jī)的相電流進(jìn)行階梯化控制，使電機(jī)以足夠小的單位步距角運行。從而減小步長和低頻振動。提高電機(jī)的運行分辨率。

通過對相電流的均勻細(xì)分就能使步距角均勻n細(xì)分，這是在相電流與步距角之間為線性關(guān)系的前提下才能成立的。而實際上。由于步進(jìn)電機(jī)磁化曲線本身的非線性和磁滯現(xiàn)象等因素的影響，等分相電流并不能等分步距角，而必須根據(jù)步距角和相電流的關(guān)系曲線，對各相電流加以控制和修正，才能實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的均勻細(xì)分。另一方面合成磁場的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。因此提出了一種恒流均勻細(xì)分控制的方法，它的基本思想是：維持步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部合成磁場的幅值恒定，合成磁場的方向均勻變化。對于那種完全用硬件來實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分的驅(qū)動電路，要進(jìn)行恒力矩均勻細(xì)分控制是相當(dāng)困難的，但是對于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動電路，實現(xiàn)這種控制就容易多了，它通過軟件可以相應(yīng)的數(shù)字量存儲于EPROM的不同區(qū)域，采用軟件查表法輸出細(xì)分電流的控制信號。

三、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，可以很方便地使不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)按任一種可行的通電方式進(jìn)行控制。圖1是單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的原理框圖。

圈1 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)原理框圖

1單片機(jī)及其接口電路

本系統(tǒng)以MCS51系列8031單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的控制中樞。由于考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展，外接可編程的I／O接口芯片825用于LED顯示、打印機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等的接口。圖2是單片機(jī)及其接口電路的原理框圖。

圖2 單片機(jī)及其接口電路原理框圖

2系統(tǒng)直流電源

微型計算機(jī)及其接口一般要求一種或多種電源電壓，這些電壓的波動必須保持在標(biāo)稱值的±5％以內(nèi)，具有足夠的穩(wěn)定度，否則整個系統(tǒng)就難以做到穩(wěn)定地工作，而且也會影響測量的精度。根據(jù)系統(tǒng)的要求，設(shè)計了+5V和+24V直流電源，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)直流電源

圖中采用三端集成穩(wěn)壓器，提高了整個控制系統(tǒng)的可靠性。所謂集成穩(wěn)壓器一般是指把經(jīng)過整流的不穩(wěn)定電壓轉(zhuǎn)換成為穩(wěn)定的輸出電壓的集成電路。這類器件一般具有較好的電壓調(diào)整特性、負(fù)載調(diào)整特性、抑制輸入電壓交流成分特性、溫度穩(wěn)定性和過熱、過電流及安全工作區(qū)自動保護(hù)功能。

3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路

本系統(tǒng)以單片機(jī)的I／O口8255A口作為單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口。由于A口驅(qū)動能力有限，而被控制的步進(jìn)電機(jī)要求高電壓和大電流，所以在A口之后必須加一個驅(qū)動電路。圖4所示為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路。

圖4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路

圖中只畫出一相的驅(qū)動電路，其余兩相與之完全相同。在圖4中，三極管T1起著開關(guān)的作用。當(dāng)三極管截止時，無集電極電流流通，開關(guān)相當(dāng)于斷開；當(dāng)三極管飽和時，流過最大的集電極電流，開關(guān)相當(dāng)于閉合。而開關(guān)作用可由加于基極的電流來控制。

驅(qū)動電路由T2T3。兩個三極管組成達(dá)林頓式功率放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的3個繞組，使電機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到近2A。

電路中使用光電耦合器將控制和驅(qū)動信號加以隔離。當(dāng)控制輸入信號為低電平時，T1截止，輸出高電平，則紅外發(fā)光二極管截止，光敏三極管不導(dǎo)通，因此繞組中無電流流過；當(dāng)輸入信號為高電平時，T1飽和導(dǎo)通，于是紅外發(fā)光二極管被點亮，使光敏三極管導(dǎo)通，向功率驅(qū)動級晶體管提供基極電流，使其導(dǎo)通，繞組被加電產(chǎn)生電流。

步進(jìn)電機(jī)繞組中串聯(lián)電阻Ra的目的是為了限制繞組中的電流，因為繞組的直流電阻很小。繞組并聯(lián)一個二極管是為了在繞組斷電時提供磁能釋放回路，而不致使晶體管損壞。

電路中使用光耦合器件的作用主要體現(xiàn)在以下3方面：

(1)實現(xiàn)微計算機(jī)與外部現(xiàn)場不同電平之間的轉(zhuǎn)換。

(2)實現(xiàn)微計算機(jī)與外部現(xiàn)場的隔離， 防止外部干擾竄人微機(jī)內(nèi)部造成破壞，保證系統(tǒng)安全可靠地工作。

(3)實現(xiàn)微計算機(jī)系統(tǒng)的地線與外部現(xiàn)場的地線分別連接，用以消除地線干擾，同時可利用光電隔離管的低通低能去掉現(xiàn)場竄人的高頻干擾信號，提高系統(tǒng)的可靠性。

三、步進(jìn)電機(jī)控制程序的設(shè)計

1中斷服務(wù)程序

本系統(tǒng)利用T0產(chǎn)生定時中斷，主要用來完成計算和控制。

2步進(jìn)電機(jī)控制子程序

步進(jìn)電機(jī)各相繞組通電順序不同，轉(zhuǎn)動方向就不同。步進(jìn)電機(jī)控制子程序的主要任務(wù)是判斷旋轉(zhuǎn)方向，按順序送出控制脈沖，并判斷所要送的脈沖是否送完。

本系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)采用三相六拍運轉(zhuǎn)方式。若步進(jìn)電機(jī)按A—AB—B—Bc—c—cA—A順序通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；若按相反方向通電，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。產(chǎn)生時序脈沖的方法是：

(1) 用單片機(jī)的I／0口8255A口低三位分別控制三相步進(jìn)電機(jī)的A、B、C相繞組。

(2) 根據(jù)控制方式找出控制模型。

(3)按控制模型的順序，向步進(jìn)電機(jī)輸入控制脈沖。

根據(jù)以上思路編寫步進(jìn)電機(jī)控制子程序的流程圖，如圖5所示。其中，步進(jìn)電機(jī)所要走的步數(shù)需事先存放在寄存器中，轉(zhuǎn)向標(biāo)志可以存放在程序狀態(tài)寄存器用戶標(biāo)志位中。當(dāng)標(biāo)志位為零時，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)標(biāo)志位為“1”時，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)模型分別存放在片內(nèi)或片外RAM中。

圖5 中斷服務(wù)程序流程圖

結(jié)束語

本文所研究的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的脈沖檢測，中斷處理，現(xiàn)場保護(hù)，重置初態(tài)．恢復(fù)控制等，對于用軟件實現(xiàn)直線扦補(bǔ)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱海君,張碩成,喬衛(wèi)民,梁義海.步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計及其應(yīng)用[J]. 核技術(shù). 2005(06)

[2] 姜德美,謝守勇,甘露萍.步進(jìn)電機(jī)啟動控制算法設(shè)計[J]. 西南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2007(05)

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文第4篇

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；開關(guān)控制；驅(qū)動芯片

1 概述

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們對生產(chǎn)水平和生活質(zhì)量要求越來越高。在現(xiàn)代化技術(shù)水平空前發(fā)達(dá)的今天，人們?yōu)榱俗非蟾咝实墓I(yè)生產(chǎn)和高質(zhì)量的日常生活，將電動機(jī)應(yīng)用到社會各行業(yè)的各個領(lǐng)域。伴著微電子技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)在電動機(jī)控制領(lǐng)域得到了廣泛而又深入的發(fā)展，而步進(jìn)電機(jī)作為繼直流電機(jī)和交流電機(jī)后后的第三類電動機(jī)，以其獨特的支持?jǐn)?shù)字化控制的特性，在自動化控制系統(tǒng)下，改變了傳統(tǒng)電動機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的角色，在人類的生產(chǎn)生活邁進(jìn)電氣化時代的過程中起到了關(guān)鍵性的作用。

2 步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰七M(jìn)而轉(zhuǎn)化成線位移的開環(huán)控制元件，它在一種在矩形電脈沖的控制下，按照設(shè)定方向轉(zhuǎn)動固定角度從而實現(xiàn)特定位移的執(zhí)行電機(jī)。當(dāng)有脈沖信號發(fā)送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動接收器中，步進(jìn)驅(qū)動器就會驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按照既定方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，也就是“步距角”，從而實現(xiàn)固定的位移。對步進(jìn)電機(jī)來說，“步距角”是固定不變的，是步進(jìn)電機(jī)的走一步的距離，屬于步進(jìn)電機(jī)的固有屬性，而對步進(jìn)電機(jī)所有的控制都是步進(jìn)電機(jī)一步一步“走”出來的。我們可以通過設(shè)定發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的電脈沖的個數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)總的角位移，從而實現(xiàn)位置的改變，通過控制發(fā)送步進(jìn)電機(jī)電脈沖的頻率來控制步進(jìn)電機(jī)角位移的速度和角速度，從而實現(xiàn)位置上的調(diào)速。

3 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)

由于步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)字化控制方便、運行可靠以及步距角不受外界環(huán)境變化的影響、誤差不長期積累等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用到打印機(jī)、照相機(jī)、雕刻機(jī)等消費類產(chǎn)品，數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等工業(yè)控制以及各種醫(yī)療器械等機(jī)電產(chǎn)品中，單片機(jī)成本低、體較小、易編程等優(yōu)點使其成為步進(jìn)電機(jī)的完美搭檔，在步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動速度和方向的穩(wěn)定可靠高效的控制。

3.1基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框架

基于單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，配合單片機(jī)最小系統(tǒng)的時鐘電路、復(fù)位電路，來控制步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)。如圖1.所示，為單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖。

圖1 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

該控制系統(tǒng)中，其中單片機(jī)型號為AT89C51，為整個系統(tǒng)提供控制指令的輸出，時鐘電路和復(fù)位電路為單片機(jī)最小系統(tǒng)的所必須的電路，開關(guān)控制電路只要是為用戶提供外部接口來人為地控制步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)，顯示電路顯示當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的運行狀態(tài)，ULN2003芯片是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動芯片。

3.2單片機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計流程

使用P3端口讀取人為的鍵盤按鍵的信號，P0端口控制步進(jìn)電機(jī)的工作模式。

（1）初始化單片機(jī)，初始化定時器/計數(shù)器，數(shù)據(jù)傳送端口，芯片使能以及初始數(shù)據(jù)賦值

（2）檢查步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)，是否處于使能狀態(tài)

（3）檢測P3口的狀態(tài)

a.如果正轉(zhuǎn)按鈕被按下，選擇較當(dāng)前定時器的初始數(shù)據(jù)大的最小值賦值給定時器進(jìn)行定時（單片機(jī)上電是步進(jìn)電機(jī)停止，相當(dāng)于控制信號頻率為0，定時時間無窮大），然后發(fā)送信號將步進(jìn)電機(jī)使能，并啟動定時器開始計時。

b.如果加速按鈕被按下，選擇較當(dāng)前定時器的初始數(shù)據(jù)小的最大值賦值給定時器進(jìn)行定時，并啟動定時器開始計時。

c.如果減速按鈕被按下，選擇較當(dāng)前定時器的初始數(shù)據(jù)大的最小值賦值給定時器進(jìn)行定時，并啟動定時器開始計時。

d.如果停止按鈕被按下，停止定時器/計數(shù)器工作，停止改變連接步進(jìn)電機(jī)端口值，并將步進(jìn)電機(jī)使能端無效。

e.如果反轉(zhuǎn)按鈕被按下，檢查當(dāng)前定時器定時是否處于較小值，如果值較小，先停止定時器/計數(shù)器工作和改變端口值，然后發(fā)送控制信號為步進(jìn)電機(jī)提供正序換相通電，并判斷P0.0是否為0，如果不是，將其賦值為0，再啟動定時器/計數(shù)器工作。

（4）當(dāng)定時器定時結(jié)束時，將當(dāng)前連接步進(jìn)電機(jī)的端口的值取反。

3.3步進(jìn)電機(jī)工作流程

根據(jù)上述單片機(jī)程序流程，可以知道步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程。當(dāng)單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的電源開關(guān)打開后，會看到“停止”的指示燈亮；當(dāng)按下正轉(zhuǎn)開關(guān)，然后按下加速開關(guān)后，“停止”指示燈熄滅，“正轉(zhuǎn)”指示燈亮，步進(jìn)電機(jī)按照較小的速度運轉(zhuǎn)；然后繼續(xù)按下加速，步進(jìn)電機(jī)速度加快，當(dāng)多次按下加速按鈕后，步進(jìn)電機(jī)不再加速，而是保持一個較高的速度運轉(zhuǎn)；按下“減速”按鈕，步進(jìn)電機(jī)速度減慢；繼續(xù)按下“減速”按鈕，步進(jìn)電機(jī)速度繼續(xù)減慢直到停止運轉(zhuǎn)；按下“反轉(zhuǎn)”按鈕，“正轉(zhuǎn)”指示燈熄滅，“反轉(zhuǎn)”指示燈亮；按下“加速”開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)速度增加；按下“減速”開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)速度減小。

4 總結(jié)

單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)工作，主要是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作特性，按照人為的意愿來編寫程序代碼，并通過一定的驅(qū)動電路或者芯片來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作。當(dāng)然，在實際的開發(fā)中還有很多細(xì)節(jié)應(yīng)該注意，比如在步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時要求此時轉(zhuǎn)速較小，以免破壞步進(jìn)電機(jī)等，從而使單片機(jī)提供穩(wěn)定的信號來控制步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文第5篇

【關(guān)鍵詞】 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī) 控制技術(shù)

1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)是一個有機(jī)的完整的整體，由運動控制系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)組成"由操作系統(tǒng)完成把操作者的操作轉(zhuǎn)化為運動控制系統(tǒng)能接受的電信號，運動控制系統(tǒng)隨之作出反應(yīng)，完成規(guī)定動作。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)控式電機(jī)，其最大特點是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定"它具有輸入脈沖與電機(jī)軸轉(zhuǎn)角成比例的特征，將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。采用單片機(jī)作為控制核心的控制系統(tǒng)如圖1。

采用單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)，實現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法"用軟件代替環(huán)形分配器，達(dá)到了對步進(jìn)電機(jī)的最佳控制"系統(tǒng)中采用并行控制，用單片機(jī)接口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動電路"通過軟件的控制，單片機(jī)按順序給繞組施加有序的脈沖電流，就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)字角度的轉(zhuǎn)換"轉(zhuǎn)動的角度大小與施加的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速度與脈沖頻率成正比，而轉(zhuǎn)動方向則與脈沖的順序有關(guān)。整個系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，設(shè)計出硬件系統(tǒng)"以其中的幾個口控制驅(qū)動電路，由于步進(jìn)電機(jī)工作時，電機(jī)繞組內(nèi)的電流值一般都能達(dá)到數(shù)安培，而控制電機(jī)繞組內(nèi)電流變化的控制信號一般都是由邏輯電路產(chǎn)生的數(shù)字信號，電壓一般比較低，為了防止單片機(jī)或控制信號等受到后級模擬電路的干擾，通常在驅(qū)動電源的設(shè)計時都要設(shè)計電壓隔離接口，以便把數(shù)字信號和模擬信號隔離開.所以將光電隔離電路接在驅(qū)動電路和單片機(jī)出口之間。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

硬件是整個系統(tǒng)的平臺，各種功能的實現(xiàn)和軟件的運行都是以硬件為基礎(chǔ)的，所以硬件設(shè)計的合理與否從根本上決定了整個系統(tǒng)的質(zhì)量（如圖2）。

本系統(tǒng)由電源顯示（指示）單片機(jī)（MCU）按鍵電路看門狗電路和電機(jī)驅(qū)動電路等組成"系統(tǒng)中采用并行控制，用單片機(jī)接口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動電路"鍵盤作為一個外部中斷源，設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)檔次停止等功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對步進(jìn)電機(jī)的最佳控制，顯示器及時顯示正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)速度等狀態(tài)。

AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2KB Flash存儲器；128字節(jié)RAM；15條1/0引線；兩個16位可編程定時器/計數(shù)器；1個5向量2級中斷結(jié)構(gòu)；1個全雙工UART口；1個精密模擬比較器以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路，此外AT89C2051是用可降到0頻率的靜態(tài)邏輯操作設(shè)計的，并支持兩種可選的軟件節(jié)電方式"空閑方式停止CPU工作，但允許RAM定時器/計數(shù)器！串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作"方式保存RAM內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其它部件的工作直

到下一個硬件復(fù)位，系統(tǒng)端口分配：

（1）Pl.0一Pl.3輸出BCD碼到七段顯示譯碼器CD4511，用于控制顯示的數(shù)碼

（2）PI.4一Pl.6：顯示動態(tài)掃描位選線，鍵盤掃描輸出線

（3）Pl.7：WTD（看門狗MAX813）定時器復(fù)位輸出口

（4）P3.0：方向指示LED控制口

（5）P3.1：工作方式指示LED控制口

（6）P3.2、P3.3：鍵盤掃描返回線

（7）P3.4、P3.5、P3.6，步進(jìn)電機(jī)控制脈沖輸出口

顯示電路設(shè)計（如圖3）。

幾乎所有的單片機(jī)都需要復(fù)位電路，對復(fù)位電路的基本要求是：在單片機(jī)上電時能可靠復(fù)位；另外，單片機(jī)系統(tǒng)在工作時，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，就產(chǎn)生了看門狗這一電路。

（l）運用監(jiān)控電網(wǎng)及空間存在著豐富的電磁波，對微機(jī)系統(tǒng)隨時會造成電磁干擾，可能使CPU的運行出現(xiàn)死機(jī)！程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)等，看門狗會讓CPU復(fù)位，從而使CPU的運行重新回到正常的工作程序中。

（2）電壓監(jiān)控比如在系統(tǒng)上電初始階段和在欠壓情況下，系統(tǒng)各部件可能出現(xiàn)不確定狀態(tài)，造成意外操作，這時看門狗能使CPU復(fù)位而停止運行，直到電源電壓正常穩(wěn)定才恢復(fù)運行。

（3）有些系統(tǒng)還要求在掉電瞬間能夠把運行中一些重要的數(shù)據(jù)保存下來，因掉電是很隨機(jī)的，看門狗中往往集成了電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生的時候能通知單片機(jī)保存重要數(shù)據(jù)。