【正文】 機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)。其功用是將電脈沖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移，由于開環(huán)下就能實(shí)現(xiàn) 精確定位的特點(diǎn)，使其在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。 ⑥ 步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)比較大，帶慣性負(fù)載的能力強(qiáng)。同時(shí)，它也可以有角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。對(duì)于脈沖的設(shè)計(jì)主要要求其有一定 5 的脈沖寬度、脈沖序列的均勻度及高低電平方式。加速過(guò)程有突然施加的脈沖啟動(dòng)頻率 f0。選定的曲線比較符合步進(jìn)電機(jī)升降過(guò)程的運(yùn)行規(guī)律，能充分利用步進(jìn)電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩，快速響應(yīng)性好，縮短了升降速的時(shí)間，并可防止失步和過(guò)沖現(xiàn)象。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，為了防止因慣性 而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力矩，鎖定步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè) 脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。若步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為 三相六拍，即 A→ AB→ B→ BC→ C→ CA→ A。從結(jié)構(gòu)上看，步進(jìn)電機(jī)分為三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍 3種，其基本原理如下： （ 1） 換相順序的控制 通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，由于其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制中得到了廣泛的應(yīng)用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展 以及單片機(jī)技術(shù)的迅速普及，為設(shè)計(jì)功能強(qiáng)，價(jià)格低的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器提供了先進(jìn)的技術(shù)和充足的資源。控制系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)存儲(chǔ)器、 I/O接口、中斷、鍵盤、 LED顯示器的擴(kuò)展、步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分頻器、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路、人機(jī)接口電路、中斷系統(tǒng)及復(fù)位電路、單電壓驅(qū)動(dòng)電路等的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了四相步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，急停等功能。為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)外部中斷，以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在某段時(shí)間內(nèi)的反復(fù)正反轉(zhuǎn)功能，也即數(shù)控機(jī)床的刀架自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)在 日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，自六十年代初期以來(lái)，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用得到很大的提高。 3 一、步進(jìn)電機(jī)原理、控制技術(shù)及其特點(diǎn) 由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專業(yè)設(shè) —— 步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，典型步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 的 控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號(hào)，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列，環(huán)形分配器的主要功能是把來(lái)自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過(guò)功率放大器的放大加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)輸入端，以 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器。例如，三相步進(jìn)電機(jī)在單三拍的工作方式 下，其各相通電順序?yàn)? A→ B→ C→ A，通 電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別 控制 A、 B、 C 相的通斷。如果按反序通電換相， A→ AC→ C→ CB→ B→ BA→ A，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。調(diào)整送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率， 4 就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。 （ 5）步進(jìn)電機(jī)的加減速控制 在步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)，如果信號(hào)變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于慣性跟不上電信號(hào)的變化，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步現(xiàn)象。在一個(gè)實(shí)際的控制系統(tǒng)中，要根據(jù)負(fù)載的情況來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的最高啟動(dòng)頻率（突跳頻率）一般為 到 3~4KHz，而最高運(yùn)行頻率則可以達(dá)到N*102KHz，以超過(guò)最高啟動(dòng)頻率的頻率直接啟動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步的現(xiàn)象。在某一高速下的正、反向切換 實(shí)質(zhì)包含了降速→換向→加速 3個(gè)過(guò)程。 ③ 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟 停、正反轉(zhuǎn)及變速。 二、元器件介紹 （ 1）步進(jìn)電機(jī) 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)的運(yùn)轉(zhuǎn)是由電 脈沖信號(hào)控制的，其角位移量或線位移量與脈沖數(shù)成正比，每個(gè)一個(gè)脈沖，步進(jìn) 電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度（不距角）或前進(jìn)、倒退一步。當(dāng)某一相繞組通電時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，這時(shí)，如 果定子和轉(zhuǎn)子的小齒沒有對(duì)齊，在磁場(chǎng)的作用下，由于磁通具有力圖走磁阻最小 路徑的特點(diǎn)，則轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使轉(zhuǎn)子與定子的齒相互對(duì)齊，由此可見， 錯(cuò)齒是促使電機(jī)旋轉(zhuǎn)的原因。 50 齒角電機(jī)為例，四相運(yùn)行時(shí)步距角為 ： θ =360 度 /（ 50*4 ） = 度； 八拍運(yùn)行時(shí)步距角為： θ =360 度 /（ 50*8） = 度。雖然 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與電磁激磁匝數(shù)成正比，與定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)。四相步進(jìn)電機(jī)的工作方式為四相單四拍，雙四 拍和四相八拍工作的方式。 （ 3） L297 介紹 L297是意大利 SGS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制器，它能產(chǎn)生 4相控制信號(hào)，可用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機(jī)，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進(jìn)電機(jī)。 8 圖 1 L297芯片引腳圖 L297各 引腳 功 能說(shuō)明 1腳 (SYNG)—— 斬波器輸出端。 3腳 (HOME)—— 集電極開路輸出端。 5腳 (INH1)—— 控制 A相和 B相的驅(qū)動(dòng)極。 7腳 (C)—— C相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 10腳 (ENABLE)—— L297的使能輸入端。低電平時(shí)使 INH1和 INH2起作用，高電平時(shí)使 A， B， C， D起作用。 15腳 (Vref )—— 斬波器基準(zhǔn)電壓輸入端。 17腳 (CW/CCW)— 方向控制端。該 引腳 輸入負(fù)脈沖時(shí)步 進(jìn)電機(jī)向前步進(jìn)一個(gè)增量，該步進(jìn)是在信號(hào) 的上升沿產(chǎn)生。 20腳 (RESET)—— 復(fù)位輸入端。變換器由一個(gè)三倍計(jì)算器加某些組合邏輯電路組成，產(chǎn)生一個(gè)基本的八格雷碼 (順序如圖 3所示 )。 CONTROL為高電平時(shí)，對(duì) A， B， C， D有抑制作用；為低電平時(shí)，則對(duì)抑制線 INH1和 INH2有抑制作用，從而可對(duì)電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制 L297驅(qū)動(dòng)相序的產(chǎn)生 L297能產(chǎn)生單四拍、雙四拍和四相八拍工作所需的適當(dāng)相序。 L298N 之接腳如圖 8 所示， Pin1 和Pin15 可與電流偵測(cè)用電阻連接來(lái)控制負(fù)載的電路； OUTl、 OUT2 和 OUT OUT4 之間分別接 2 個(gè)步進(jìn)電機(jī)； input1~input4 輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；Enable 則控制電機(jī)停。 14 該電機(jī)共有四相繞組，工作電壓為 +5V，可以與單片機(jī)共用一個(gè)電源。 用 P1口的 ~ 控制 LM016L顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。顯示電路主要是為了顯示電機(jī)的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。當(dāng) K K2 的狀態(tài)變化時(shí)，內(nèi)部程序檢測(cè) 和 。 L297的 方向控制端 （ CW/CCW）， 。 （ 4）總體電路圖 把各個(gè)部分的電路圖組合成總電路圖，如圖 12所示。其中系統(tǒng)初始狀態(tài)的設(shè)置內(nèi)容較多，該系統(tǒng)中，需要初 始化定時(shí) 器、外部中斷；對(duì) P1 口送初值以決定脈沖分配方式，速度值存儲(chǔ)區(qū)送初 值決定步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)速度，對(duì)方向值存儲(chǔ)區(qū)送初值決定步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向等內(nèi) 容。 （ 3）外部中斷設(shè)計(jì) 外部中斷所要完成的工作是根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)（該 數(shù)據(jù)為定時(shí)器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進(jìn)電機(jī)的輸出脈沖頻率，也就是改 18 變 了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 void inti_lcd()。 void clock(unsigned int Delay) 。 sbit E=0xA2。 char STATE_CCW[]=CCW。 //運(yùn)行狀態(tài) main() { /*定時(shí)器設(shè)置 */ TMOD=0x66。 ET0=1。 ET1=1。 //開外部中斷 0:加速 IT1=1。 ShowState()。 P0_0=1。} //定時(shí)器 1 中斷 :反轉(zhuǎn) void t_1(void) interrupt 3 { RunState=LEFT_RUN。