【正文】 由 U/ D 的電平控制 ,EA 和 EB 用來(lái)選擇勵(lì)磁方式的 ,可以選擇的方式有一相、二相和一二相勵(lì)磁 ,ΦC 用來(lái)選擇三、四相步進(jìn)電機(jī) ,Vss 為芯片工作地 ,R 為芯片復(fù)位端 ,Φ4 ～ Φ1 為四相步進(jìn)脈沖輸出端 ,Φ3 ～ Φ1 為三相步進(jìn)脈沖輸出端 ,Em 為勵(lì)磁監(jiān)視端 ,Co 為輸入脈沖監(jiān)視端 ,VDD 為芯片的工作電源 ( + 4～ + 18V).其具體的原理框圖 如 所示 : 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 0 J u n 2 0 1 0 S h e e t o f F i l e : H : \ 電路原理圖 . d d b D r a w n B y :1Cu16V d d2Cp15Co3Ck14Em4U / D13Ф15Ea12Ф26Eb11Ф37Фc10Ф48Фs9RPWM8713T 1 / P 3 .515W R / P 3 . 616 R D / P 3 .717X T A L 218X T A L 119G N D20T 0 / P 3 .414P 1 . 01 P 1 . 12P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 23P 1 . 67P 1 . 78R X D / P 3 . 010T X D / P 3 . 111R S T / V P D9P 0 . 1 / A D 138I N T 0 / P 3 . 212P 2 . 4 / A 1 225P 2 . 0 / A 821P 2 . 1 / A 922P 2 . 2 / A 1 023P 2 . 3 / A 1 124I N T 1 / P 3 . 313P 2 . 5 / A 1 326P 2 . 6 / A 1 427P 2 . 7 / A 1 528P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0 . 7 / A D 732P 0 . 6 / A D 633P 0 . 5 / A D 534P 0 . 4 / A D 435P 0 . 3 / A D 336P 0 . 2 / A D 237P 0 . 0 / A D 039V C C40AT89C51A T 8 9 C 5 1+ 5 VA 相驅(qū)動(dòng)B 相驅(qū)動(dòng)C 相驅(qū)動(dòng) 圖 驅(qū)動(dòng)電路框圖 顯示電路與鍵盤的選擇 顯示電路的用 8279 芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)， 8279 芯片分別接兩排顯示器，每排為 4位顯示，分別用來(lái)顯示步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速。在 PMM8713 的內(nèi)部電路中，時(shí)鐘選通部分用于設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 () 驅(qū)動(dòng)電路的選擇 因從 CPU 輸出的脈沖信號(hào)特別小，固應(yīng)先經(jīng)過(guò) PWM8713 脈沖分配器對(duì)脈沖進(jìn)行分配并經(jīng)過(guò)放大然后再經(jīng)過(guò)光耦驅(qū)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)進(jìn)電機(jī)。 由于在改變通電狀態(tài)的初瞬 ， 轉(zhuǎn)子位置來(lái)不及改變 ， 還處于 θ=0的位置，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩卻由 O 突變?yōu)榍€ B 上的 C 點(diǎn)，電機(jī)在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)子向新的穩(wěn)定平衡位置，移動(dòng)直至到達(dá) 點(diǎn)為止 。即起到一定的電磁阻尼作用所以電機(jī)工作比較平穩(wěn)，而在三相單三拍運(yùn)行時(shí)由于沒(méi)有這種阻尼作用，所以轉(zhuǎn)子達(dá)到新的平衡位置容易產(chǎn)生振蕩穩(wěn)定性不如雙三拍運(yùn)行方式。 使轉(zhuǎn)子齒 2,4 的軸線與定子 B 相極軸線對(duì)齊 ,即轉(zhuǎn)子走了一步 ,如圖 (b)所示 , 若再斷開(kāi) B相 ,使 C相控制繞組通電 ,轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò) 30176。但 RAM 定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 (2)芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電 擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 (8)P0 口（ 3932）：雙向 I/O 口。 (4)PSEN（ 29）：片外 ROM 選 通信 號(hào)，低電平有效。 單片機(jī)的引腳功能 (1)VCC（ 40）：電源 +5V。系統(tǒng)原理框圖如 ： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 系統(tǒng)原理框圖 3 硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 本次設(shè)計(jì)以 CPU 選用 89C5l 作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片． 89C51 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬(wàn)次以上．使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容 MCS5l 系列單片機(jī)的所有功能。選取用 8279 來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示和鍵盤。細(xì)分控制的電路一般分為兩類，一類是采用線性模擬功率放大器的方法獲得階梯形電流，這種方法簡(jiǎn)單，但效率低。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 對(duì)于斬波電路驅(qū)動(dòng)則可以克服這種缺點(diǎn)，并且還可以提高步進(jìn)電機(jī)的效率。它的外接電阻 R要消耗相當(dāng)一部分的熱量，這樣就會(huì)影響電路的 穩(wěn)定性所以此種驅(qū)動(dòng)方式一般只用在小功率的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路中。固一般采用后者，用光電騙碼器作為反饋元件。故選擇閉環(huán)控制。在這些步進(jìn)系統(tǒng)中，反饋設(shè)備或間接參數(shù)傳感方法的閉環(huán)能進(jìn)行校正或控制失步、監(jiān)測(cè)電機(jī)停滯，以及確保更大的可用轉(zhuǎn)矩輸出。 大多數(shù)基于步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)，一般都運(yùn)行在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，這樣可提供一個(gè)低成本的方案。這里，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)監(jiān)控和測(cè)量電機(jī)線圈，使用電壓額電流信息提高步進(jìn)電機(jī)控制。但是，在某些應(yīng)用中，需要更多的可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量的保證，因此，閉環(huán)控制也是一種選擇 .以下是一些實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制的方法： (1)步進(jìn)確認(rèn)，這是最簡(jiǎn)單的位移控制，使用一個(gè)低值的光學(xué)編碼器山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 計(jì)算步進(jìn)移動(dòng)的數(shù)量。綜合這兩個(gè)因素后，重裝計(jì)數(shù)初值的修正量取 8 個(gè)機(jī)器周期，即要使定時(shí)時(shí)間縮短 8 個(gè)機(jī)器周期。將電機(jī)換向子程序放在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，定時(shí)中斷一次，電機(jī)換向一次，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度控制。但占用 CPU 時(shí)間長(zhǎng)，不能在運(yùn)行時(shí)處理其他工作。 系統(tǒng)可用兩種辦法實(shí)現(xiàn) 步進(jìn)電機(jī)的速度控制。 本次設(shè)計(jì)的基本要求 研究步進(jìn)電機(jī)的特性、工作原理、及其具體的調(diào)速原理。 a) N 極段截面圖 b) S 極段截面圖如圖 所示 : a) N 極段截面圖 b) S 極段截面圖 圖 三相混合式步進(jìn)電機(jī)截面圖 步進(jìn)電機(jī)詳細(xì)調(diào)速原理 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(lái)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(guò)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(lái)改變脈沖的頻率，延時(shí)的長(zhǎng)短來(lái)具體控制步進(jìn)角來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電的調(diào)速。就是 A，齒 5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開(kāi)如圖 所示： 電動(dòng)機(jī)定子鐵心和一般電機(jī)一樣由硅鋼片疊成，鐵心內(nèi)孔表面有開(kāi)口槽。由于能夠開(kāi)環(huán)運(yùn)行以及控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，因此這種電機(jī)在 工業(yè) 領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步進(jìn)角比較大，它輸出轉(zhuǎn)矩大 ，動(dòng)態(tài)性能好，消耗功率?。ㄏ啾确磻?yīng)式），但啟動(dòng)運(yùn)行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電 (3)混合式步進(jìn)電機(jī)（ HyBrid，簡(jiǎn)稱 HB） 混合式步進(jìn)電 [機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)。 步進(jìn)電機(jī)的分類 步進(jìn)電機(jī)分為三大類 (1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VAriABle ReluCtAnCe，簡(jiǎn)稱 VR）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁 材料 制成的，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)流）平均電流越大， 電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性 圖 力矩頻率曲線 圖 力矩頻率特性曲線 越硬。 (5)最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 (2)失步： 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。比如，當(dāng)人們說(shuō) 的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機(jī)。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則 ‘ 相數(shù) ’ 將變得沒(méi)有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 、五相的為 176。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。（表示半步工作時(shí)為 176。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng) 頻率較低，然后一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲? 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制 ,將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī) ,其 機(jī)械 位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率成正比 ,每一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度 .脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度 ,脈沖的頻率決定了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度 .當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 (稱為 “ 步距角 ”) ，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。 (4)步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) ,但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng) ,并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 8090度完全正常。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差 (精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可以直接用數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)，使用非常方便。 speed control systerm 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 目 錄 前 言 ..................................................................... 1 1 步進(jìn)電機(jī)概述 .......................................................... 2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) .............................................................................................................. 2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 .................................................................................................... 2 步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù) .................................................................................................... 3 .................................................................................................. 3 ......................................................................................... 4 步進(jìn)電機(jī)的分類 .............................................................................................................. 5 步進(jìn)電機(jī)分為三大類 ................................................................................................. 5 .................................................................................................. 6 步進(jìn)電機(jī)詳細(xì)調(diào)速原理 .............................................................................................. 7 本次設(shè)計(jì)的基本要求 .................................................................................................... 8 2 方案的論證 ................................................