電氣自動(dòng)化或機(jī)電一體化專業(yè)--基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)-文庫吧
2025-10-31 01:16 本頁面
【正文】 一步運(yùn)行的。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（ PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（ HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 步進(jìn)電 機(jī)的一些基本參數(shù) （ 1）電機(jī)固有步距角： 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為 176。 /176。（表示半步工作 4 時(shí)為 176。、整步工作時(shí)為 176。），這個(gè)步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。 （ 2）步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)： 是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為 176。 /176。、三相的為 176。 /176。、五相的為 176。 /176。 。 （ 3）保持轉(zhuǎn)矩（ HOLDING TORQUE）： 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。比如，當(dāng)人們說 ，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 。 （ 4） DETENT TORQUE： 是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。 DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使 大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有 DETENT TORQUE。 步進(jìn)電機(jī)基本控制原理 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下： (1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?ABCD,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A， B， C，D相的通斷。 5 (2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 (3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 如圖 所示，主要是由步進(jìn)控制器，功率放大器及步進(jìn)電機(jī)等組成。 圖 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成 第 2 章 設(shè)計(jì)方案－硬件電路設(shè)計(jì) 方案論證與比較 本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于對步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)中受控電機(jī)為四相六線制的步進(jìn)電機(jī)（內(nèi)阻 130 歐，步進(jìn) 度，額定電壓 5V，減速比 1/64） 方案一：使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī) 通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。 方案二：使用 ULN2021 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī) ULN2021 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅 NPN 達(dá)林頓管組成。 脈沖 步進(jìn)電機(jī)控制器 功率放大器 步進(jìn)電機(jī) 負(fù)載 6 圖 ULN2021芯片 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) 數(shù)碼管顯示按顯示方式分動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種，靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的電路硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示需要 CPU 時(shí)刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù) 刷新， 所謂的動(dòng)態(tài)就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對每一位顯示器而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，利用人的視覺留感達(dá)到顯示的目的。動(dòng)態(tài) 顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用 CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。 本設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示，顯示模塊由 八個(gè)三極管和 4個(gè) 8 段 LED 數(shù)碼管組成。 LED 顯示電路原理圖如圖 ： 7 圖 LED 顯示電路原理圖 由于鍵盤掃描電路和 LED 顯示器顯示電路采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，并共用同一個(gè) 74HC164，所以在時(shí)間中斷程序中必須先運(yùn)行鍵盤掃描子程序，再運(yùn)行 LED 顯示子程序。動(dòng)態(tài)掃描電路 的掃描頻率應(yīng)不低于 50Hz,否則 LED 顯示器會(huì)不穩(wěn)定。鍵盤掃描去抖動(dòng)通過應(yīng)用軟件的方法實(shí)現(xiàn)。 理論設(shè)計(jì) 綜合以上選取的方案，總的流程如圖 所示。 8 圖 控制系統(tǒng)總流程 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 通過 ULN2021 構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路 ,電路圖如圖 所示。 圖 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路圖 通過 MCS51單片機(jī)的 ~ ULN2021的 Q1～ Q4口發(fā)送方波脈沖信號(hào)，起時(shí)序圖如圖 所示。 9 圖 時(shí)序圖 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) 數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)使用三極管。 圖 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)圖 獨(dú)立 鍵盤電路 10 在設(shè)計(jì)中，使用了標(biāo)準(zhǔn)的 獨(dú)立 鍵盤，其電路圖如圖 所示。單片機(jī)的 P0口為鍵盤的接口。盡管設(shè)計(jì)要求中只需要 4個(gè)鍵對步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，但考慮到對控制功能的擴(kuò)展，我們使用 其中的三個(gè)按鍵 。 圖 獨(dú)立 鍵盤電路 圖 第 3 章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作。在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本控制作用如下。 (1)控制換相順序 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行。通常我們把通電換相這一過程稱為脈沖分配。 （ 2）控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向 通過前面介紹的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理我們已經(jīng)知道，如果按給定的工作方式正序通電換相，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就正轉(zhuǎn)；如果按反序通電換相，則電動(dòng)機(jī)就反轉(zhuǎn)。 （ 3）控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn) 一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再
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