【正文】 許的溫度高。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。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，然后按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?。在有?fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率更低。/176。 (3)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)： 是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。/176。在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角的山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 要求。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力 矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同， 四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。 (4)最大空載起動(dòng)頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。 其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。 (2)永磁式步進(jìn)電機(jī)（ PermAnent MAg，簡(jiǎn)稱 PM） 永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。這種電動(dòng)機(jī)最初是作為一種低速驅(qū)動(dòng)用的交流同步機(jī)設(shè)計(jì)的，后來(lái)發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動(dòng)機(jī)也能做步進(jìn)增量運(yùn)動(dòng)。與齒 5相對(duì)齊，（ A39。而轉(zhuǎn)子包括兩段，一段經(jīng)永磁體磁化成 N 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 圖 定子展開圖 極，另一段磁化為 S 極，每段轉(zhuǎn)子齒以一個(gè)齒距間隔均勻分布，但兩段轉(zhuǎn)子的齒相互錯(cuò)開 1/2 個(gè)轉(zhuǎn)子齒距。硬件方法是依靠單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ,在每次進(jìn)入定時(shí)中斷后 ,改變定時(shí)常數(shù) ,從而升速時(shí)使脈沖頻率逐漸增大 ,減速時(shí)使脈沖頻率逐漸減小 ,這種方法占用CPU 時(shí)間較少 ,在各種單片機(jī)中都能實(shí)現(xiàn) ,是一種比較實(shí)用的調(diào)速方法。 2 方案的論證 控制方式的確定 步進(jìn)電機(jī)控制雖然是一個(gè)比較精確的，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)具有 成本低、簡(jiǎn)單、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，在采用單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的 CP 脈沖的頻率或者換向周期實(shí)際上就是控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。延時(shí)子山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 程序的延時(shí)時(shí)間與換向程序所用的時(shí)間和，就是 CP 脈沖的周期，該方法簡(jiǎn)單，占用資源少，全部由軟件實(shí)現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實(shí)現(xiàn)不同速度的運(yùn)行。當(dāng)定時(shí)器啟動(dòng)后，定時(shí)器從 裝載的初值開始對(duì)系統(tǒng)及其周期進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，定時(shí)器產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時(shí)中斷子程序。二是重裝初值指令所占用的時(shí)間，包括在重裝初值前中斷服務(wù)程序重的其他指令因。為了減少每步計(jì)算裝載值的時(shí)間，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就把各離散點(diǎn)的速度所需的裝載值固化在系統(tǒng)的 ROM中，系統(tǒng)在運(yùn)行中用查表法查出所需的裝載值，這樣可大幅度減少占用 CPU的時(shí)間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度愿大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制 系統(tǒng)都運(yùn)行在開環(huán)狀態(tài)下，因?yàn)?成本 較低，并可提供運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)固有的位置控制，無(wú)須反饋。 其它的方法包括各種不同的反電動(dòng)勢(shì)控制電機(jī)參數(shù)測(cè)量和軟件技術(shù)，一些制造企業(yè)都會(huì)使用這些方法。 傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制通常采用反饋設(shè)備和非傳感方法，是有效的實(shí)現(xiàn)帶有安全需求、危險(xiǎn)狀況或高精確度要求的運(yùn)動(dòng)應(yīng)用的方法。 閉環(huán)控制，是傳統(tǒng)步進(jìn)控制的一個(gè)部分，能有效地提供更高地可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量。但與伺服系統(tǒng)中使用的編碼器相比，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)采用的編碼器成本更低。 用編碼器還的測(cè)速發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)速測(cè)量工具 ,因?yàn)檫x擇了閉環(huán)控制，就必須有反饋元件，反饋元件一般有兩種，一種是采用同軸的測(cè)速發(fā)電機(jī)，把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋回來(lái)，然后通過(guò)顯示器顯示出來(lái)并對(duì)步 進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；別一種是通過(guò)光同軸的電編碼器把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋回來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；兩者相比，后者的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，安全可靠，污染少。它的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因它的工作效率低，特別是在高頻下更顯的突出。不宜于電機(jī)的正常運(yùn)行。 細(xì)分驅(qū)動(dòng)是用脈沖電壓來(lái)供電的，對(duì)于一個(gè)電壓脈沖，轉(zhuǎn)子就可以轉(zhuǎn)動(dòng)一步，一般會(huì)根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞阻會(huì)輪流切換，固可以使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 基本方案的確定 因本次設(shè)計(jì)的要求，選用三相三拍步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)選用 89C51 作為控制器。但由鍵盤輸入的速度數(shù)值了得通過(guò)顯示器來(lái)顯示，固本次設(shè)計(jì)要兩排顯示，一排來(lái)顯示 給定的轉(zhuǎn)速一排來(lái)顯示實(shí)際的轉(zhuǎn)速。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 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(jià)廉的方案 。 光電編碼器 8279 顯示器 光電耦合 AT89C51 鍵盤 8713 三相步進(jìn)電機(jī) 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有脈沖信號(hào) 才能工作，在它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時(shí)，需在 XTL2 上加外部時(shí)鐘信號(hào)（詳細(xì)的內(nèi)容將在以后的課程中專門介紹）。 (7)EA/VPP （ 31 ）：內(nèi) / 外部 ROM 選擇 端 。原理圖如 所示： 主要特性 與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定、 128*8 位內(nèi)部 RAM、32 可編程 I/O 線 、兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 5個(gè)中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 13 J un 201 0 S he e t of F i l e : G : \電路原理圖 .ddb D r a w n B y :T 1/ P 15W R / P 16 R D / P 17X T A L 218X T A L 119GND20T 0/ P 14P 1 P 2P 4P 5P 6P 3P 7P 8R X D / P 10T X D / P 11R S T / V P D9P 38I N T 0/ P 12P 25P 21P 22P 23P 24I N T 1/ P 13P 26P 27P 28P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 39V C C40AT89C51A T 89C 51 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 圖 AT89C51的引腳圖 (1) 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在閑置模式下， CPU 停止工作。 圖 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理圖 三相單三拍通電方式 當(dāng) A 相控制繞組通電 ,其余兩相均不通電 ,電機(jī)內(nèi)建立以 定子 A 相極為軸線的磁場(chǎng) .由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn) ,使轉(zhuǎn)子齒 1, 3 的軸線與定子 A 相極軸線對(duì)齊 ,如圖 (a)所示 .若 A 相控制繞組斷電 ,B 相控制繞組通電時(shí) ,轉(zhuǎn)子在反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用下 ,逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過(guò) 30,176。, 但雙三拍運(yùn)行時(shí)每一拍總有一相繞組持續(xù)通電，例如由 AB 兩相通電變?yōu)?BC 兩相通電時(shí)， B 相保持持續(xù)通電狀態(tài) C 相磁拉力圖使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而 B 相磁拉力卻起有阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。 (2)動(dòng)穩(wěn)定區(qū) 當(dāng) A 相控制繞組通電時(shí)矩角特性如圖 中的曲線 A 所示，若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為理想空載則轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定平衡點(diǎn) 處，如果將 A 相通電改變?yōu)?B 相通山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 電，那么矩角特性應(yīng)向前移動(dòng)一個(gè)步距角 變?yōu)榍€ B， 點(diǎn)為新的穩(wěn)定平衡點(diǎn) 。如圖 所示 : 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 (a) (a) 圖 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩的確定 如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大為 ，且 ，如圖 （ b）則初始平衡位置為 點(diǎn)，但在改變通電狀態(tài)的瞬間電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩為 ，由于 ，轉(zhuǎn) 子不能到達(dá)新的穩(wěn)定平衡位置點(diǎn) ，而是向失調(diào)角 θ 減小的方向滑動(dòng)，電機(jī)不能帶動(dòng)負(fù)載作步進(jìn)運(yùn)行，這時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是處于失控狀態(tài)，由此可見只有負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于相鄰兩個(gè)矩角特性交點(diǎn) S 所對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩 才能保證電機(jī)正常的步進(jìn)運(yùn)行，把 稱為最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩也稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩當(dāng)然它比最大靜轉(zhuǎn)矩 可求得啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩公式 。 PMM8713 在控制二相或四相步進(jìn)電機(jī)時(shí)都可選擇三種勵(lì)磁方式 (1 相勵(lì)磁， 2 相勵(lì)磁， 3相勵(lì)磁三種勵(lì)磁方式之一 )，每相最小的拉電流和灌電流為 20mA，它不但可滿足后級(jí)功率放大器的要求，而且在所有輸人端上均內(nèi)嵌有施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力很強(qiáng)，其原理框圖如圖 所示。當(dāng)采用單脈沖輸人法時(shí)，其連線方式如圖 b 所示； 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i onS i z eBD a t e : 12 J u n 20 10 S h e e t o f F i l e : F : \電路原理圖 .dd b D r a w n B y :D1L1UN P N D A RU1R1R2R3D1L1UN P N D A RU1R1R2R3D1L1UN P N D A RU1R1R2R3+ 2 7V 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 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 / D13Ф15Ea12Ф26Eb11Ф37Фc10Ф48Фs9RPWM87131Cu16V d d2Cp15Co3Ck14Em4U / D13Ф15Ea12Ф26Eb11Ф37Фc10Ф48Фs9RPWM8713 (a) (b) 圖 8713脈沖輸入 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i tl eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 O c t 2 0 1 0 S h e e t o f F i le : I : \ 電路原理圖 . d d b D r a w n B y :12345678 9101112131415167407Cu 1Cp 2Ck 3U / D 4Ea 5Eb 6Φc 7Φs 8 R9Φ410Φ311Φ212Φ113Em14Co15V D D16PWM8713 圖 PWM8713的引腳圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 PMM8713 功能介紹 PMM8713 是專用的步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)脈沖產(chǎn)生芯片 ,它適用于三相和四相步進(jìn)電機(jī)。 (2)CLK： 8279 的系統(tǒng)時(shí)鐘， 100KHZ 為最佳選擇。低電平使能，使能時(shí)可將命令寫入 8279 或讀取 8279的數(shù)據(jù)。 /RD=0,8279 會(huì)送數(shù)據(jù)至外部總線。當(dāng) FIFO RAM 緩沖器中存有鍵盤上閉合鍵的鍵碼時(shí)， IRQ 線升高，向 CPU 請(qǐng)求中斷，當(dāng) CPU 將緩沖器中的輸入鍵數(shù)的數(shù)據(jù)全部讀取時(shí)，中斷請(qǐng)求線下降為低電平。 (11)FT、 CNTL/STB ：控制鍵輸入線，由內(nèi)部拉高電 阻拉成高電平，也可由外部控制按鍵拉成低電平。具體芯片理框圖如 所示：