【正文】 定子按 A→ B → C → A → B → 通電時則轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)步距角 每步 的轉(zhuǎn)角為 3176。 NZr 式中 Zr 為轉(zhuǎn)子齒數(shù) N McC 為通電一周的拍數(shù)叫運 行拍數(shù)其中 Mc 為繞組相數(shù) C 為狀態(tài)數(shù)采用單雙三拍時 C 1 采用 單雙六拍時 C 2 三相三拍步距角為 3176。和 6176。反轉(zhuǎn)方法若通電順序反過來按 C→ B → A → C 通電 則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反 3 步進電機控制原理 3． 1 步進電機控制系統(tǒng) 步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是它是通過輸入脈沖信號來進行 控制的即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率 決定步進電機是數(shù)字控制電機它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移即給一個脈沖信 號步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度因此非常適合于單片機控制單片機控制步進電 機系統(tǒng)如下圖所示 單 驅(qū) 片 接 動 步進 負載 機 口 器 電機 圖 2 單片機控制步進電機系統(tǒng) 3． 2 單片機控制步進電機的原理 3 3． 2． 1 脈沖序列的生成 脈沖周期的實現(xiàn)脈沖周期 通電時間斷 電時間通電時計算機輸出高電 平使開關閉合斷電時計算機輸出低電平使開關斷開通電和斷電時間的控制 可以用定時器也可以用軟件延時周期決定了步進電機的轉(zhuǎn)速占空比決定了 功率脈沖高度決定于元器件對 TTL 電平為 05V 對 CMOS 電平一般為 010V 常用的接口電路多為 05V 脈沖序列如下圖所示 通電時間 斷電時間 脈沖周期 t 圖 3 脈沖序列 3． 2． 2 方向控制 旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序有關步進電機方向信號指定各相導通的先 后次序用以改變步進電機旋轉(zhuǎn)方向控制步進電機的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正 序換相通電步進電機正轉(zhuǎn)如果按反序通電換相則電機 就反轉(zhuǎn)本設計中采 用四相四相雙四拍步進電機 P1 口輸出控制脈沖對電機進行正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速 等狀態(tài)的控制由于采用了 74LS06 反向緩沖 OC 門驅(qū)動電機所以當 P1X 0 時對應繞組導通 P1X 1 時對應的繞組斷開四相步進電機的雙四拍工作方 式其各相通電順序為 ABBCCDDA 通電控制脈沖必須嚴格按照這一順 序分別控制 ABCD 相的通斷通電順序為→ AB→ BC→ CD→ DA→四 相雙四拍相序控制表其中 P0P1P2P3 輸出控制電平分別對應控制 AB CC 相 四相雙四拍相序控 制表 表 1 4 步 控 制 位 通電狀態(tài) 控制數(shù)據(jù) P3D 相 P12C 相 P11B 相 P10A 相 序 1 1 1 0 0 AB 0CH 2 1 0 0 1 BC 09H 3 0 0 1 1 CD 03H 4 0 1 1 0 DA 06H 3． 2． 3 轉(zhuǎn)速控制 周期決定了步進電機的轉(zhuǎn)速如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖它就轉(zhuǎn)一步 再發(fā)一個脈沖它會再轉(zhuǎn)一步兩個脈沖的間隔越短步進電機就轉(zhuǎn)得越快調(diào) 整單片機發(fā)出的脈沖頻率就可以對步進電機進行調(diào)速步進電機速度控制的方 法就是控制脈沖之間的時間間隔只要速度給定便可計算出脈沖之間的時間間 隔如要求步進電機 2 秒鐘轉(zhuǎn) 10 圈則每一步需要的時間 T 為 T＝每圈時間／每圈的步數(shù) ＝ 2021ms10／ NZr ＝ 200ms／ 20 ＝ 10ms 只要在輸出一個脈沖后延時 10ms 即可滿足速度之要求 4 方案論證與比較 4． 1 總體設計分析 單片機的步進電機控制裝置系統(tǒng)的具體設計要求 5 1 電機正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)數(shù)由鍵盤設定 2 數(shù)碼管顯示 0 或 1 表示電機的正反轉(zhuǎn)狀態(tài) 3 顯示器顯示 轉(zhuǎn)數(shù) 4 每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)顯示器顯示減 1 直至轉(zhuǎn)數(shù)為 0 電機停轉(zhuǎn) 此系統(tǒng)具有以下單元功能模塊 1 鍵盤控制模塊 2 顯示方向速度步數(shù)模塊 3 步進電機驅(qū)動模塊 4 單片機接口模塊 5 軟件設計模塊 42 控制對象概述 常用的步進電機有三相四相五相本設計的控制對象采用的是 20BY 四相永磁步進電機系列的 20BY O 型其主要的技術數(shù)據(jù)有工作電壓為 45V 步距角為 18 度最大靜電流為 80mA 相直流電阻為 55 歐姆空載啟動頻率為 475Hz 空載運行頻率為 800Hz 最大靜力矩 245mNm 工作力矩 10150 mNm 噪音 55Db 溫度 25K 4． 3 方案論證與比較 6 本設計的重點在于對步進電機的控制和驅(qū)動設計采用四相雙四拍的步進電 機 方案一使用多個功率放大器件環(huán)型分配器或電機驅(qū)動芯片驅(qū)動電機通 過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件或電機驅(qū)動芯片可以達到不同的放大 的要求放大后能夠得到較大的功率但是由于使用 的是四相的步進電機就需 要對四路信號分別進行放大由于放大電路很難做到完全一致當電機的功率較 大時運行起來會不穩(wěn)定而且電路的制作也比較復雜雖然有很多電機驅(qū)動芯已 經(jīng)做的很成熟但是價格較高使用起來不經(jīng)濟 方案二使用 ATMEL89S52 單片機控制電機將數(shù)字系統(tǒng)的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)變成 與其相對應的角位移或線位移用單片機的 IO 口提供信號經(jīng) 74LS06 反向緩 沖 0C 門和 75452 經(jīng)行功率放大電路簡單使用比較方便通過比較使用 74LS06 和 75452 進行功率放大電路 簡單充分發(fā)揮 89S52 微控制的功能能穩(wěn)定地驅(qū)動 步進電機且價格不高故選用單片機提供脈沖信號以方便的控制步進電機 5 硬件單元電路設計 5． 1 硬件整體系統(tǒng) 系統(tǒng)硬件總方框圖其中包括鍵盤控制模塊顯示方向速度步數(shù)模塊 步進電機驅(qū)動模塊單片機接口模塊 7 驅(qū)動模塊 步進電機 顯示驅(qū)動 LED 數(shù)碼管 單片機 4 4 鍵盤 圖 4 硬件系統(tǒng)方框圖 此步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)主要由三部分組成 1 步進控制器由單片機實 現(xiàn) 單片機鍵盤 顯示器 2 驅(qū)動器把單片機輸出的脈沖加以放大以驅(qū) 動步進電機 3 步進電機其中單片為核心控制部分 P1 的 P10 到 P13 口控 制脈沖的輸出用于驅(qū)動步進電機按照要求轉(zhuǎn)動下圖中 U1 為 ATMEL89S52 其 中晶振 Y1 為 12MHz 采用上電復位電路其中 P0 口作為 7 段數(shù)碼管的控 制口 P2 口用作 4 4 的行列式鍵盤接口 P10P11P12P13 用作步進電機 的時序脈沖序列輸出控制 A A LS04 74LS04 74LS04 1 1 U1 1 39 P10 P00 2 38 P11 P01 3 37 P12 P02 4 36 P13 P03 5 35 P14 P04 6 34 P15