【正文】 電源電壓來驅(qū)動(dòng)，因這兩個(gè)電源分別是一個(gè)為高壓一個(gè)為低壓，因此也稱為高低壓驅(qū)動(dòng)電路。 驅(qū)動(dòng)電路的選擇 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有多種，但最為常用的就是單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、斬波驅(qū)動(dòng)、細(xì)分控制驅(qū)動(dòng)等。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 驅(qū)動(dòng)方式 的確定 并于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般有兩種方法，一種是通過 CPU 直接來驅(qū)動(dòng)，這種方法一般不宜采用，因?yàn)?CPU 的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；別一種是通過 CPU 來間接驅(qū)動(dòng)，就是把從 CPU 輸出的信號進(jìn)行放大，然后直接驅(qū)動(dòng)或是再通過光電隔離間接來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可靠。近期，步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制（ CLC）還能幫助執(zhí)行智能分布運(yùn)動(dòng)架構(gòu)。 事實(shí)上，步進(jìn)系統(tǒng)可提高位移控制的的性能， 且不需要反饋。 正阻尼使用這一信息阻擋振動(dòng)的速度，產(chǎn)生更多的可用的轉(zhuǎn)矩輸出，降低轉(zhuǎn)矩的 機(jī)械 振動(dòng)損耗。一個(gè)簡單的回路與指令校驗(yàn)的步進(jìn)電機(jī)比較，驗(yàn)證步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)到預(yù)計(jì)的位置； (2)反電動(dòng)勢 , 一種無傳感器的檢測方法，使用步進(jìn)電機(jī)的反電動(dòng)勢（ eleCtromotiveforCe， emf）信號，測量和控制速度。用定時(shí)中斷方式來控制電動(dòng)機(jī)變速時(shí)，實(shí)際上是不斷改變定時(shí)器裝載值的大小。 由于從定時(shí)器裝載完重新啟動(dòng)開始至定時(shí)器 申請 中斷止，有一定的時(shí)間間隔，造成定時(shí)時(shí)間增加，為了減少這種定時(shí)誤差，實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)，要對重裝的計(jì)數(shù)初值作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。因此只適合較簡單的控制過程。一種是延時(shí)，一種是定時(shí)。 基本要求 : 步進(jìn)電機(jī)采用三相步進(jìn)電機(jī)，功率為 1W。具體的延時(shí)時(shí)間可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)子裝有一個(gè)軸向磁化永磁體用以產(chǎn)生一個(gè)單向磁場。 步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)外結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與 轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開?；旌鲜脚c傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁 材料 的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。它的結(jié)構(gòu)簡單， 成本 距力矩 頻率 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。如下圖 所示： 其中，曲線 3 電流最大、或電壓最高 。 (6)運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。稱之為失步。 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語 (1)步距角精度： 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。 (4)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。/176。/176。 、整步工作時(shí)為 176。 (2)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，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。 (3)步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 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)還具有快速啟動(dòng)、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，因而在數(shù)控機(jī)床，繪圖儀，打印機(jī)以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每給它一個(gè)脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。 1950 年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，這對于數(shù)字化的控制變得更為容易。s mould list piece machine in this design proposal changes pulse of CP39。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。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 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。步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速一般是改變輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每給一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，這樣就可以通過控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來改 變脈沖的頻率，延時(shí)的長短來具體控制步進(jìn)角來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。s is realized that advancing the rotational speed of electrical machinery to step control, and realizes electrical machinery velocity modulation and function reversing. Keywords: stepper motor。以后經(jīng)過不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分解性能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的 機(jī)械 系統(tǒng)中。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)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(dòng)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(dòng)方向。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已成為除直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)以外的第三類電動(dòng)機(jī)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 1 步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) (1)一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。 步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù) (1)空載啟動(dòng)頻率 : 即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。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。 ），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)。 、三相的為 176。 。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。 用百分表示：誤差 /步距角 *100%。 (3)失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定 子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。如下圖 所示： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 (7)電機(jī)的共振點(diǎn) ： 步進(jìn)電機(jī)均有固定 的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在 180250pps 之間（步距角 度）或在 400pps 左右（步距角為 度），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。曲線 1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有單段式和多段式兩種類型。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反 電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動(dòng)小。 0、 1/3 て、 2/3 て ,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即 A與齒 1 相對齊， B與齒 2向右錯(cuò)開 1/3て， C 與齒 3 向右錯(cuò)開 2/3 て， A39。永磁體產(chǎn)生的磁通，在每一個(gè)氣隙圓周上都是單方向通過氣隙的，這時(shí)作用在氣隙中的磁勢是同極性的，稱為單極磁勢。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 這就需要采用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加減速控制 ,實(shí)際上就是改變輸出脈沖的時(shí)間間隔 ,單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)加減法運(yùn)轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)的方法有軟件和硬件兩種 ,軟件方法指的是依靠延時(shí)程序來改變脈沖輸出的頻率 ,其中延時(shí)的長短是動(dòng)態(tài)的 ,軟件 法在電機(jī)控制中 , 要不停地產(chǎn)生控制脈沖 , 占用了大量的 CPU 時(shí)間 ,使單片機(jī)無法同時(shí)進(jìn)行其他工作 。調(diào)速范圍為 0 到 1000r/min最高轉(zhuǎn)速時(shí)，精度 2%. 要基本上 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，作到步進(jìn)電機(jī)能精確的調(diào)速，正反轉(zhuǎn)、并能在起動(dòng)時(shí)不失步，基本上沒有振蕩，能完成完整的硬件電路圖，軟件設(shè)計(jì) 。延時(shí)方法是在每次換向之后調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序，待延時(shí)結(jié)束后再次執(zhí)行換向，這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的 CP 脈沖或換向周期。定時(shí)方法是利用單片機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)器定時(shí)功能產(chǎn)生任意周期的定時(shí)信號，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出 CP 脈沖的周期。調(diào)整的重裝初值主要考慮兩個(gè)因 素一是中斷響應(yīng)所需的時(shí)間。在控制過程中，采用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。當(dāng)反電動(dòng)勢電壓降至監(jiān)測探測水平時(shí)，閉環(huán)控制轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)開環(huán)，完成最終的位移移動(dòng)； (3)全伺服控制，指全時(shí)間的使用反饋設(shè)備，用于步進(jìn)電機(jī) 編碼器、解碼器、或其它反饋傳感器上，從而更為精確地控制步進(jìn)電機(jī)位移和轉(zhuǎn)矩。無編碼器安裝監(jiān)測采用信息檢測同步速度的損耗。但是，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在開環(huán)時(shí)運(yùn)行，在命令步幅和實(shí)際步幅之間會有同步損耗的可能。然而，開環(huán)操作會有失步的風(fēng)險(xiǎn)，這將產(chǎn)生定位失誤。固本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用 CPU 間接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。單電壓驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)控制中最為簡單的一種驅(qū)動(dòng)電路，它在本質(zhì)上是一個(gè)單間的反相器。雙電壓驅(qū)動(dòng)電路的缺點(diǎn)是在高低壓連接處電流出現(xiàn)谷點(diǎn)，這樣必然引起力矩在谷點(diǎn)處下降。但由于其波形頂部呈現(xiàn)鋸齒形波動(dòng)，所以會產(chǎn)生較大的電磁噪 聲。但因本次設(shè)計(jì)對步進(jìn)電機(jī)的精度要求比較高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍比較廣，固應(yīng)選用驅(qū)動(dòng)芯片 8713 來驅(qū)動(dòng)，并通過軟件來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。然后由于步進(jìn)電機(jī)同軸的光電編碼器作為反饋元件，并把反饋回的信號經(jīng) CPU 處理后再由顯示器顯示出來。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與 工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 (3)XTL1（ 19）和 XTL2（ 18）：振蕩電路。 (6)RST/VPD（ 9）：復(fù)位信號輸入端 /備用電源輸入端。 P2 口（ 2128）：準(zhǔn)雙向 I/0 口。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài) 邏輯 ，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 因本次設(shè)計(jì)的要求，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)選用三相三拍的步進(jìn)電機(jī)，關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的具體說明如下 ： 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是利用凸極轉(zhuǎn)子交軸磁阻與直軸磁阻之差所產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的所以也稱為磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)現(xiàn)以一個(gè)最簡單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例說明其工作原理 . 圖 對六個(gè)磁極每兩個(gè)相對的磁極上繞有一相控制繞組轉(zhuǎn)子用軟磁性 材料 制成山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 也是凸極結(jié)構(gòu)只有四個(gè)齒齒寬等于定子的極靴寬下面通過幾種基本的控制方式來說明其工作原理 。 .三相單三拍運(yùn)行時(shí)的步距角為 30 度 .其原理圖如 所示 : 圖 定轉(zhuǎn)子展開圖（ A相繞組通電） 三相雙三拍通電方式 控制繞組的通電方式為 ABBCCAAB 或 ABCABCAB 每拍同時(shí)有兩相繞組通電三拍為一個(gè)循環(huán)，當(dāng) AB 兩相控制繞組同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時(shí)考慮到兩對定子極的作用，只有 A 相極和 B 相極對轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡才是轉(zhuǎn)子的平衡位置如 b 所示，可見 雙三拍運(yùn)行時(shí)的步距角仍是 30176。 (1)單步運(yùn)行狀態(tài) 單步運(yùn)行狀態(tài)是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一相或多相控制繞組通電狀態(tài)下僅改變一次通電狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行方式 。 原理圖如 所示 : 圖 穩(wěn)定響應(yīng)曲線 (3)最大負(fù)載能力 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶恒定負(fù)載時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 ， 且 若 A 相控制繞組通電則轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定平衡位置為圖 (a)中曲線 A 上的 點(diǎn)，這一點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩正好與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，當(dāng)輸入一個(gè)控制脈沖信號通電狀態(tài)由 A相改變?yōu)?B 相，矩角特性變 為曲線 B 在改變通電狀態(tài)的瞬間電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，電機(jī)在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角到達(dá)新的穩(wěn)定 平衡點(diǎn) OB180。該器件采用DIP 16 封裝，適用于二相或四相步進(jìn)電機(jī)。采用雙脈沖輸人法的連線方式如圖 (a)所示，其中 CP、 CU兩端分別輸人步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。在 CPU 于 827 數(shù)據(jù)與命令的傳送。 (4)/CS：片選信號。 (6) /RD：讀取控制線。 (8)IRQ：中斷請求輸出線，高電平有效。 (10)～ RL7：反饋輸入線，由內(nèi)部拉高電阻拉成高電平，也可由鍵盤上按鍵拉成低電平。當(dāng)顯示器切換時(shí)或使用消隱命令時(shí)，將顯示消隱。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 (12)TB0～ OUTA0～ 3：顯示段數(shù)據(jù)輸出線，可分別作為兩個(gè)半字節(jié)輸出，也可作為 8位段數(shù)據(jù)輸出口，此時(shí) OUTB0 為最低位， OUTA3 位最高位。 (9)L0～ SL3：掃描輸出線，用于對鍵盤顯示器掃 描。 (7)/WR：寫入控制線。 (5) A0：用于區(qū)分信息的特性。 (3)RESET：復(fù)位輸入線，高電平有效。如圖 所示 PMM8713 的引腳 ,Cu 為加脈沖輸入端 ,它使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) ,Cp 為減脈沖輸入端 ,它使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) ,Ck 為脈沖輸入端 ,當(dāng)脈沖加入此引腳時(shí) ,Cu 和 Cp 應(yīng)接地 ,正反轉(zhuǎn)