【正文】 與電動機(jī)木身的性能有關(guān)外也在很大程度上取決于驅(qū)動器的優(yōu)劣因此對步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的研究幾乎是對步進(jìn)電動機(jī)的研究同步進(jìn)行的 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的主要構(gòu)成如圖 25 所示一般由環(huán)形分配器信號處理級推動級驅(qū)動級等各部分組成用于功率步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動器還需要有多種保 護(hù)電路 環(huán)形分配器用來接受來自控制器的 CP 脈沖并按步進(jìn)電動機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表要求的狀態(tài)順序產(chǎn)生各相導(dǎo)通或截止的信號每來一個 CP 脈沖環(huán)形分配器的輸出轉(zhuǎn)換一次同時環(huán)形分配器還必須接受控制器的方向信號從而決定其輸出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是按正序或者反序轉(zhuǎn)換決定了步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向因此步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的高低升速或降速起動或停止都完全取決于 CP 脈沖的有無或頻率的高低 信號放大與處理的作用是將環(huán)分輸出信號加以放大變成足夠大的信號送入推動級 信號處理是實(shí)現(xiàn)某些轉(zhuǎn)換合成等功能產(chǎn)生斬波抑制等特殊功能的信號從而產(chǎn)生特殊功能的驅(qū)動本級還經(jīng)常與各種保護(hù) 電路各種控制電路組合在一起形成較高性能的驅(qū)動輸出 推動級的作用是將較小的信號加以放大變成足以推動驅(qū)動級的較大的信號有時推動級還承擔(dān)電平轉(zhuǎn)換的作用 保護(hù)級的作用是保護(hù)驅(qū)動級的安全一般可根據(jù)需要設(shè)置過電流保護(hù)過熱保護(hù)過壓保護(hù)欠壓保護(hù)等 232 驅(qū)動器的特點(diǎn) 為使步進(jìn)電動機(jī)滿足各種需要的輸出驅(qū)動級必須對電動機(jī)繞組提供足夠的電壓和電流但步進(jìn)電動機(jī)與一般電子設(shè)備的驅(qū)動有很多不同點(diǎn)其主要表現(xiàn)在 1．各相繞組都是開關(guān)工作多數(shù)電動機(jī)繞組都是連續(xù)的交流或直流而步進(jìn)電動機(jī)各相繞組都是脈沖式供電所以繞組電流不是連續(xù)的 2．電動機(jī)各 相繞組都是繞在鐵心上的線圈所以都有較大的電感繞組通電時電流上升率受到限制因此影響電動機(jī)繞組電流的大小 3．繞組斷點(diǎn)時電感中磁場的儲能將維持繞組中已有的電流不能突變結(jié)果使應(yīng)該電流截止的相不能立即截止為使電流盡快截止必須設(shè)計適當(dāng)?shù)睦m(xù)流回落繞組導(dǎo)通和截止都會產(chǎn)生較大的反電勢而截止時反電勢將對驅(qū)動級器件的安全產(chǎn)生有害的影響 4．電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時在各相繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢這些電勢的大小和方向?qū)@組電流產(chǎn)生很大的影響由于旋轉(zhuǎn)電勢基本上與電動機(jī)轉(zhuǎn)速成正比轉(zhuǎn)速越高電勢越大繞組電流越小從而使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也隨著轉(zhuǎn)速升高而下降驅(qū)動級 線路既要保證繞組有足夠的電流電壓及正確的波形同時要保證功率放大器件的安全運(yùn)行另外還應(yīng)有較高的效率較小的功耗較低的成本這就必須要設(shè)計合理的線路選用合適的功率器件 驅(qū)動級的功率放大器件有中功率晶體管大功率晶體管大功率達(dá)林頓晶體管可控硅可關(guān)斷可控硅場效應(yīng)功率管雙極型晶體管與場效應(yīng)功率管的復(fù)合管以及各種功率模塊等 目前步進(jìn)電機(jī)常用的驅(qū)動方式有單電壓驅(qū)動 包括單電壓串電阻驅(qū)動 雙電壓驅(qū)動 包括高低壓驅(qū)動 斬波恒流驅(qū)動和細(xì)分驅(qū)動等以下分別簡單介紹前二種驅(qū)動方式的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)將在后面詳細(xì)介紹細(xì)分驅(qū)動方式 24 步進(jìn)電 動機(jī)驅(qū)動技術(shù)分析 241 單電壓驅(qū)動 單電壓驅(qū)動是指在電動機(jī)繞組工作過程中只用一個方向電壓對繞組供電其原理圖如圖 26所示前面推動級輸出信號 In作用于三極管的基級其集電極接電動機(jī)的一相繞組繞組另一端直接與電源電壓連接因此當(dāng)三極管導(dǎo)通時電源電壓全部作用在電動機(jī)繞組上歸結(jié)起來單電壓驅(qū)動器有如下特點(diǎn)線路簡單成本低低頻時響應(yīng)較好有共振區(qū)高頻時帶載能力迅速下降 單電壓驅(qū)動的致命弱點(diǎn)是繞組導(dǎo)通的回路電氣時間常數(shù)較大致使導(dǎo)通時繞組電流上升較慢使電機(jī)在導(dǎo)通脈寬 T 接近時繞組電流迅速下降由于故要減小電氣時間常數(shù)的方法是減小繞組的 電感或增加繞組回路的電阻 R 對于確定的步進(jìn)電動機(jī)繞組電感已經(jīng)確定因此在電路中只有用增加回路電阻的方法即單電壓串電阻驅(qū)動其原理圖如圖 27 所示單電壓串電阻驅(qū)動的主要缺點(diǎn)是損耗大效率低對比前述單電壓驅(qū)動其導(dǎo)通時銅損為而串電阻后的導(dǎo)通銅損為所以電源提供的功率大部分都消耗在串聯(lián)電阻上 242 雙電壓驅(qū)動 雙電壓驅(qū)動的基本思想是在較低頻段用較低的電壓驅(qū)動而在高頻段用較高電壓驅(qū)動原理線路見圖 27 所示電源直接接到由大功率管和二極管組成的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)上當(dāng)關(guān)斷時低壓電源通過給電路提供驅(qū)動電壓當(dāng)導(dǎo)通時高壓電源通過給電路提供驅(qū)動電壓處 于反向截止?fàn)顟B(tài)低壓電源自動停止供電 高低壓驅(qū)動的原理線路如圖 29 所示初看起來與雙電壓驅(qū)動電路似乎差別不大但實(shí)際上工作過程截然不同圖中所示為每相的單元線路主回路由高壓管電動機(jī)繞組低壓管串聯(lián)而成加高壓加低電壓電動機(jī)繞組回路不串電阻在每相導(dǎo)通期間低壓管輸入信號與高壓管輸入信號見圖 210 所示當(dāng)為高電平時該相導(dǎo)通當(dāng)為低電平時該相截止高壓管的輸入信號是由信號的前沿信號獲得的前沿與同步但脈沖寬度要比小得多高低壓驅(qū)動可保證在很寬的頻段內(nèi)都能保證相繞組有較大的平均電流在截止時又能迅速釋放因此能產(chǎn)生較大的且較穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩因此驅(qū)動系統(tǒng)可得到較高的響應(yīng) 25 本章小結(jié) [12]圖 31 中表示單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖由于單片機(jī)的高度集成化縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號傳送距離優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置大大地提高了系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行速度同時它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制的要求所以單片機(jī)在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到了廣泛的應(yīng)用 [1314] 圖 31 典型單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 312 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)在進(jìn)行實(shí)時控制和實(shí)時數(shù)據(jù)處理時需要與外界交換信息人們需要通過人機(jī)對話了解系統(tǒng)的工作情況和進(jìn)行控制單片機(jī)芯片與其它 CPU 比較功能雖然要強(qiáng)得多但由于芯片結(jié)構(gòu)引腳數(shù)目的限制片 內(nèi) ROMRAMIO 口等不能很多在構(gòu)成實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時需要加以擴(kuò)展以適應(yīng)不同的工作情況單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成基本上如圖 32 所示 圖 32 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置的狀況可以分為最小應(yīng)用系統(tǒng)最小功耗系統(tǒng)典型應(yīng)用系統(tǒng)本設(shè)計是設(shè)計一款最小應(yīng)用系統(tǒng)最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡單配置的系統(tǒng)這種系統(tǒng)成本低廉結(jié)構(gòu)簡單常用來構(gòu)成簡單的控制系統(tǒng)如開關(guān)量的輸入輸出控制時序控制等對于片內(nèi)有 ROMEPROM 的芯片來說最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器復(fù)位電路和電源的單個芯片對與片內(nèi)沒有 ROMEPROM 芯片來說其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了應(yīng)配置上述的晶振復(fù)位電路和電源外還應(yīng)配備 EPROM 或 EEPROM 作為程序存儲器使用 [1516] 313 AT89C52 簡介 AT89C52 的主要參數(shù)如表 31 所示 表 31 AT89C52 的主要參數(shù) 型號 存儲器 定時器 I0 串行口 中斷 速度 MH 其它特點(diǎn) E2PROM ROM RAM 89C52 8K 128 2 32 1 6 24 低電壓 AT89C52 含 E2PROM 電可編閃速存儲器有兩級或三級程序存儲器保密系統(tǒng)防止 E2PROM 中的程序被非法 復(fù)制不用紫外線擦除提高了編程效率程序存儲器E2PROM 容量可達(dá) 20K 字節(jié) AT89C52 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器 FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory 的低電壓高性能 CMOS8 位微處理器俗稱單片機(jī)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由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中 ATMEL 的 AT89C5 是一種高效微控制器為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價 廉的方案 [1718] 圖 33 單片機(jī)的引腳排列 1 主要特性三級程序存儲器鎖定 5 個中斷源