【正文】 定電流 I=V/R。星形接法時(shí)，二相繞組串聯(lián)起來(lái)一起跨接到功放電源上，每相繞組的端電壓大約只有功放級(jí)電壓的一半，因此系統(tǒng)運(yùn)行的高頻特性和動(dòng)態(tài)性能，比用 H 橋式驅(qū)動(dòng)電路時(shí)低。電機(jī)每一相繞組需四只開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器成本比較高。 7 圖 1 單極性驅(qū)動(dòng)電路 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件價(jià)格的降低，雙極性驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)變得容易，成本也增加不多，因此現(xiàn)在絕大多數(shù)混合式步進(jìn)電機(jī)使用雙極性驅(qū)動(dòng)。在步進(jìn)電機(jī)發(fā)展的初期，電子技術(shù)發(fā)展水平有限，為了簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路 ，采用單極性電路。 混合式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路分類(lèi)和性能比較 與反應(yīng)式和永磁 式相比，混合式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行特性具有很多優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外已是步進(jìn)電機(jī)系列的主流。這些電勢(shì)與外加電壓共同作用于功率器件。繞組導(dǎo)通和截止過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生較大的反電勢(shì)，而截止時(shí)的反電勢(shì)將對(duì)驅(qū)動(dòng)器功率器件的安全產(chǎn)生十分有害的影響，使整個(gè)系統(tǒng)的使用受到影響。 (2) 步進(jìn)電機(jī)各相繞組都是在鐵心上的線圈，所以都有比較大的電感。功率驅(qū)動(dòng)電路向步進(jìn)電機(jī)控制繞組輸入電流，使其勵(lì)磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。控制器的方向信號(hào)決定步進(jìn)電機(jī)的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，除與電機(jī)本身的性能有關(guān)外，也在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。 (4) 控制電路主要由 AT89C51 單片機(jī)、晶振電路、地址鎖存器、譯碼器、 EEPROM 4 存儲(chǔ)器及液晶顯示芯片 ST7920，單片機(jī)是控制系統(tǒng)的核心 。近幾年來(lái)，由于微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)在驅(qū)動(dòng)器中獲得了廣泛應(yīng)用。 (5) 細(xì)分驅(qū)動(dòng)：它是將電機(jī)繞組中的電流細(xì)分，由常規(guī)的矩形波供電改為階梯波供電。但由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)反電勢(shì)、相間互感等因素的影響易使電流波形的頂部呈凹形，致使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩有所下降且需要雙電源供電。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的發(fā)展先后有單電壓驅(qū)動(dòng)、高低壓驅(qū)動(dòng)、斬波恒流驅(qū)動(dòng)、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)等 . (1) 單電壓驅(qū)動(dòng)：主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，通常在繞組回路中串接電阻，以改善電路的時(shí)間常數(shù)來(lái)提高電機(jī)的高頻特性。驅(qū)動(dòng)器針對(duì)每一個(gè)步進(jìn)脈沖，按一定 的規(guī)律向電機(jī)各相繞組通電 (勵(lì)磁 )，以產(chǎn)生必要的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。每來(lái)一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子都從新的轉(zhuǎn)矩曲線的躍變中獲得一次能量的補(bǔ)充，這種能量越大，振蕩越厲害。通過(guò)改善驅(qū)動(dòng)器的性能，可以減小運(yùn)行中失步的可能。 ○ 3 輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 （ 4）具定位保持力矩： 永磁式、混合式步進(jìn)電機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)下 (無(wú)脈沖信號(hào)輸入時(shí) )，仍具有勵(lì)磁保持力矩，故即使不靠機(jī)械式的剎車(chē)，也能做到停止位置的保持。 步進(jìn)電機(jī)的特征 步進(jìn)電機(jī)具有自身的特點(diǎn)，歸納起來(lái)有： （ 1）位置及速度控制簡(jiǎn)便： 步進(jìn)電機(jī)在輸入脈沖信號(hào)時(shí)，可以依輸入的脈沖數(shù)量做固定角度的旋轉(zhuǎn)而得到靈活的角度控制 (位置控制 )。脈沖輸入越多，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度就越多；輸入脈沖的頻率越高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快。文中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)及硬件電路和驅(qū)動(dòng)軟件的實(shí)現(xiàn)都做了詳細(xì)的介紹。本文采用控制電路主要由 AT89C51單片機(jī)、晶振電路、地址鎖存器、譯碼器、液晶顯示電路組成，單片機(jī)是控制系統(tǒng)的核心。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(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 (即步距角 )。其中混合式步進(jìn)電機(jī)兼有反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 （ 3）高可靠性： 不使用電刷， 電機(jī)的壽命長(zhǎng)，僅取決于軸承的壽命。 ○ 2 不能直接使用普通的交直流電驅(qū)動(dòng)，而必須使用專(zhuān)用設(shè)備 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。有多種情況會(huì)產(chǎn)生失步，比如起動(dòng)或停止頻率超過(guò)突跳頻率，電機(jī)高速運(yùn)行的脈沖頻率超過(guò)了最大運(yùn)行頻率，所帶負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，共振等。如果阻尼較小，這種運(yùn)動(dòng)是一個(gè)衰減的振蕩過(guò)程，轉(zhuǎn)子是按自由振蕩頻率振蕩幾次才衰減到新的平衡位置而停止下來(lái)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 步進(jìn)電機(jī)的工作必須使用專(zhuān)用設(shè)備 — 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)電機(jī)和負(fù)載己經(jīng)確定之后，整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能就完全取決于驅(qū)動(dòng)控制方法。這種方式由于電 3 流波形得到了很大改善，電機(jī)的矩頻特性較好，起動(dòng)和運(yùn)行頻率得到了較大提高。因而系統(tǒng)效率、運(yùn)行特性等都有了明顯改善。由于繞組的電流變化幅度也大大減小，從而極大的改善步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，提高勻速性，減輕甚至消除振蕩。 (3) 驅(qū)動(dòng)器的采用分立元件組成單電壓驅(qū)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)單極性步進(jìn)電機(jī)用 H 橋驅(qū)動(dòng)雙極性步進(jìn)電機(jī)，因此只用一路電源，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)極為簡(jiǎn)化。 5 2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方案論證 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專(zhuān)用設(shè)備 — 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、升速或降速、啟動(dòng)或停止都完全取決于脈沖的有無(wú)或頻率的高低?？刂齐娐份敵龅男盘?hào)功率很低，不能提供步進(jìn)電機(jī)所需的輸出功率，必須進(jìn)行功率放大，這就是步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器的功率驅(qū)動(dòng)部分。多數(shù)電機(jī)繞組都是連續(xù)的交流或直流供電，而步進(jìn)電機(jī)各相繞組都是脈沖式供電，所以繞組電流不是連續(xù)的而是斷續(xù)的。為使電流盡快衰減，必須設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)睦m(xù)流回路。 (5) 電機(jī)繞組中有電感電勢(shì)、互感電勢(shì) 、旋轉(zhuǎn)電勢(shì)。 所以，根據(jù)以上的特點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器必須要保證步進(jìn)電機(jī)繞組有足夠的電壓、電流和正確的波形，而且同時(shí)要保證驅(qū)動(dòng)器功率放大器件安全運(yùn)行，還應(yīng)有較高的效率、較小的功耗、較低的成本，這就要求選用合適的功率器件合理設(shè)計(jì)線路。 雙極性驅(qū)動(dòng)器與單極性驅(qū)動(dòng)器 混合式步進(jìn)電機(jī)要求雙極性供電，也就是要求電機(jī)勵(lì)磁繞組有時(shí)通正向電流，有時(shí)通反向電流。而且電機(jī)引線過(guò)多，兩相電機(jī)需要六個(gè)引出端，三相電機(jī)需要 9 個(gè)引出端，五相電機(jī)則需要 15 個(gè)引出端，使得單極性驅(qū)動(dòng)器與三、五相電機(jī)之間連線太復(fù)雜，因此僅用于 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。 Dl， D2， D3 和 D4 四個(gè)二極管組成續(xù)流回路。采用多相橋式電路時(shí)，電機(jī)相繞組間通常為星形或多邊形聯(lián)接，圖 3 是三相混合式步進(jìn)電機(jī)繞組二種聯(lián)接的例子。但由于二相繞組的電流同時(shí)流經(jīng)一個(gè)功率管，每個(gè)開(kāi)關(guān)管的電流最大時(shí)約為相電流的二倍，即為 H 橋驅(qū)動(dòng)或星型接法驅(qū)動(dòng)時(shí)的二倍。單電壓驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元件少、成本低、可靠性 高。為了解決這些問(wèn)題，又產(chǎn)生了高低壓驅(qū)動(dòng)電路。其優(yōu)點(diǎn)是：功耗小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，高頻性能較好。其電路結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。因此，為克服步進(jìn)電機(jī)在高頻時(shí)牽出轉(zhuǎn)矩下降的問(wèn)題，很多文獻(xiàn)提出了一些新的恒流斬波驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。電流滯環(huán)型由于不需要三角載波環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。系統(tǒng)的框圖如圖 7 所示： 主 機(jī)遙 控 器液 晶 顯示從 機(jī)步 進(jìn) 電機(jī) 圖 7 系統(tǒng)框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)集成度高，具有豐富的內(nèi)部資源，再加上少量的外圍擴(kuò)展電路就可以構(gòu)成體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)且性價(jià)比高的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)便采用了此款單片機(jī)。紅外線遙控器已被廣泛使用在各種類(lèi)型的家電產(chǎn)品上，它的出現(xiàn)給使用電器提供了很多 的便利。當(dāng)編碼調(diào)制信號(hào)為高時(shí)，有載波信號(hào)輸出；但編碼調(diào)制信號(hào)為低時(shí)，載波信號(hào)不輸出。電路原理圖如圖10 所示： 14 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 : 6 J u n 2 0 0 8 S h e e t o f F i l e : G : \ P r a y a y a V 3 \ M y D o c u m e n t s \ 畢業(yè)設(shè)計(jì) Y X L \ 電路圖 \ 我的畢業(yè)設(shè)計(jì) . d d bD r a w n B y :12345678161514131211109R P 2R E S P A C K 4213S W 1213S W 2 213S W 3 213S W 4 213S W 5 213S W 6 213S W 7 213S W 8 12345109876S1S W D I P 5A11A22A33A44A55A / D 66A / D 77A / D 88A / D 99RS11C T C12R T C13TE14D o u t15VCC16G N D8U1M C 1 4 5 0 2 6T R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7VCC8G N D1U3N E 5 5 5Q19 0 1 4Q29 0 1 4L1P H 3 0 3L2P H 3 0 3BT1B A T T E R YBT2B A T T E R YDPNR11 0 KR22 0 0 RR31 0 KR41 0 KR51KR61KR71 0 0 KR85 0 KC15 1 0 0 p FC21 0 0 0 p FC P 1CAPC P 2CAPC P 3CAP12J1P O W E RR 1 01 0 KVCCVCCVCCVCCVCCVCC1112123134152637485910A9B7C6D14VCC16G N D8NC15U27 4 L S 1 4 7SW+ 6 VVCCVCCR E S E TR E S E T+ 5 V 圖 10 遙控器發(fā)射電路 圖中 74LS147 是優(yōu)先編碼器。 MC145026 的引腳 A1A5 為地址輸入端，每一位都可設(shè)定為 0， 1 和“開(kāi)路” 3 個(gè)狀態(tài)。 15 紅外接收電路 紅外接收設(shè)備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應(yīng)用電路組成。接收電路原理圖如圖 11 所示： 圖 11 遙控器接收電路 圖中 HS0038A2 是集成紅外接收頭。在中斷服務(wù)子程序中安排從輸入端口讀取這 4位數(shù)據(jù)（ HD0HD3）。 利用上述功能可方便地實(shí)現(xiàn)漢字、 ASCII 碼、點(diǎn)陣圖形、自造字體的同屏顯示，所有這些功能（包括顯示 RAM、字符產(chǎn)生器以及液晶驅(qū)動(dòng)電路和控制器）都包含在集成電路芯片里，因此，只要一個(gè)最基本的微處理系統(tǒng)就可以通過(guò) ST7920 芯片來(lái)控制其它的芯片。 雙擊通信也稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，用于雙機(jī)冗余控制單片機(jī)和單片機(jī)之間交換信息，也用于單片機(jī)和通用微機(jī)間的信息交流。圖中 L1 為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組。 在 50Ω 外接電阻上并聯(lián)一個(gè) 200μF 電容，可以改善注入步進(jìn)電機(jī)繞組的電流脈沖前沿，提高了步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。 LM2575 系列開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主 要特性如下： ●最大輸出電流： 3A； ●最高輸入