【文章內(nèi)容簡介】 2c3d4e5f6g7dp811223344bcdeafgbcdeafgbcdeafgbcdeafg4 位 8 段數(shù)碼管 圖 26 數(shù)碼管顯示電路 步進(jìn)驅(qū)動模塊 （ 1）步進(jìn)控制系統(tǒng)組成 步進(jìn)控制系統(tǒng)由 3 個部分組成，第一部分是控制器，第二部分步進(jìn)驅(qū)動器，第三部分是步進(jìn)電機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)拖動的工作臺 [4] ；控制器可以是 PLC ,定位控制模塊和單片機(jī) ，控制器的功能是產(chǎn)生脈沖以及正弦方案信號，步進(jìn)驅(qū)動器收到控制器發(fā)出來的脈沖，對脈沖進(jìn)行分配和功率放大以控制步進(jìn)電機(jī)每一相線圈是否得電，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，拖動工作臺工作 [10]。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 紅外遙控步進(jìn)電機(jī) 10 （ 2）步進(jìn)電機(jī)的分類 步進(jìn)電機(jī)的分類表 22 所示。 表 22 步進(jìn)電機(jī)分類表 分類方式 具體類型 按力矩產(chǎn)生的原理 [5] （ 1）反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行（我們現(xiàn)在大量用的是反應(yīng)式的步進(jìn)電機(jī)） （ 2）激磁式：定，轉(zhuǎn)子均有激磁繞組，或轉(zhuǎn)子是永久磁鋼 由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行 按輸出力矩大小 （ 1）伺服式：輸出力矩在百分之幾至十分之幾（ ）只能驅(qū)動較小的負(fù)載，要與液壓扭矩放大器配用，才能驅(qū)動機(jī)床工作臺等較大的負(fù)載 （ 2）功率式：輸出力矩在 5~ 以上，可以直接驅(qū)動機(jī)床工作臺等較大的負(fù)載 （我們現(xiàn)在主要用的是功率式的， 步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床工作臺直接相連） 按定子數(shù) （ 1）單定子式（ 2）雙定子式（ 3）三定子式（ 4）多定子式 按各相繞組的分布 （ 2） 徑向分布式：電機(jī)各相按圓周依次排列 （ 2） 軸向分布式：電機(jī)各相按軸向依次排列 我國使用的多為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，分為軸向分布式和 徑向 分布式兩種。 反應(yīng)式的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有小齒，不同的步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子上齒的個數(shù)是不同的，定子上要有線圈（線圈按軸向分布，或徑向分布），反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)定子除了有軸向分布的繞組外，它的定子還分成幾個極 .，一個極上一個繞組以及有小齒，轉(zhuǎn)子上也有小齒。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 紅外遙控步進(jìn)電機(jī) 11 （ 3）步進(jìn)電機(jī)工作 原理 步進(jìn)電機(jī)工作原理實(shí)際上是電磁鐵作用的原理 [6],當(dāng)某相定子勵磁后（所謂勵磁后就是給定子繞組，線圈通電），它吸引轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的齒與該定子磁極上的齒對齊了，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度，換一相得電，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過一個角度，如此每一相不停的輪流得電，轉(zhuǎn)子不停轉(zhuǎn)動。也就是說，先給定子線圈通電，定子線圈（繞組，磁極）產(chǎn)生磁場，在磁場力的作用下會吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度就是轉(zhuǎn)子上的齒和定子上的齒對齊了，轉(zhuǎn)子就停下來了，不停的給每一相輪流通電，轉(zhuǎn)子就不停轉(zhuǎn)動了。 假設(shè)先給 A 相通電以后，產(chǎn)生磁場，因?yàn)榇帕€力圖通過磁阻最小路徑，故而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，使靠近 A 相轉(zhuǎn)子齒被吸引到與定子極 A 對齊的位置，這個磁力線經(jīng)過轉(zhuǎn)子，將轉(zhuǎn)子磁化，因此在磁場力的作用下，這個時候，磁場會吸引 .這個轉(zhuǎn)子，對齊后就不會轉(zhuǎn)動了。 A 相斷電， B 相通電以后，那么會在這個方向建立一個磁場，這個轉(zhuǎn)子會隨著磁場變化下轉(zhuǎn)動，它會將離這個 B 相磁極最近的齒把它吸引過來。 步進(jìn)電動機(jī)在啟動時，啟動轉(zhuǎn)矩不僅要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，而且還要克服慣性轉(zhuǎn)矩，如果脈沖頻率過高 ，轉(zhuǎn)子跟不上，電動機(jī)就會失步，甚至不能啟動，步進(jìn)電動機(jī)不失步啟動的最高頻率為啟動頻率。 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與 脈沖頻率成正比，不受電壓，負(fù)載與環(huán)境的影響，上述特性正好符合數(shù)字控制系統(tǒng)的要求 ，因此步進(jìn)電機(jī)在數(shù)控 機(jī)床，軍事工業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。 （ 4）步進(jìn)電機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的角位移或線位移的電動機(jī) [10]，因此也稱為脈沖電機(jī)。交流電機(jī)，直流電機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而步進(jìn)電機(jī)是一步一步的旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)每次能夠轉(zhuǎn)動的最小的角度是步距角（本設(shè)計(jì)中的步距角是176。）；每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器，收到一個脈沖信號時候，步進(jìn)電機(jī)就按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)過一個固定的角度，即步進(jìn)角?？梢酝ㄟ^改變加在驅(qū)動 器上的脈沖的頻率來改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度；可以通過改變加在驅(qū)動器上的脈沖的個數(shù)來改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度； 利用這一個線性關(guān)系的存在，使得步進(jìn)電機(jī)在速度控制，位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變得非常的簡單。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 紅外遙控步進(jìn)電機(jī) 12 本設(shè)計(jì)中用到的步進(jìn)電機(jī)是 28BYJ48 ， 5V驅(qū)動的 4 相 5 線的步進(jìn)電機(jī)，且是減速的步進(jìn)電機(jī)，參考手冊中這個步進(jìn)電機(jī)的減速比是 1： 64，步進(jìn)角是為176。（ 176。 /64 = 176。）那么轉(zhuǎn)過一圈要 4096 個脈沖 （ 360176。 /176。 = 4096 ）。本設(shè)計(jì)中采用四相八拍的驅(qū)動方式， 8 拍一步，8 拍方式的精度更高。那么每一步轉(zhuǎn)過的角度是 176。（ 8 *176。=176。），所以 512 步轉(zhuǎn)一圈。（ 360176。 / 176。 = 512 步 ）。 四相五線步進(jìn)電機(jī) 28BYJ48 ： 5V ： 4 ： 1/64 ： 176。 /64 = 176。 ： 4 相 8 拍 （ 5） 步進(jìn)驅(qū)動器 本設(shè)計(jì)采用 ULN2020 做驅(qū)動芯片 [10]。 ULN2020 的特點(diǎn)是 高耐壓、大電流復(fù)合晶體 管 ，由七個硅 NPN 復(fù)合晶體管組成。 ULN2020 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá) 500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受 50V 的電壓， 輸出還可以在高負(fù)載電流下并行運(yùn)行，可直接驅(qū)動繼電器等負(fù)載，輸入 5V 電平，輸出可達(dá) 500mA/50V。由于 51 的拉電流的能力小于 100uA,灌電流 10mA,而本設(shè)計(jì)中的步進(jìn)電機(jī)需要 200mA 的驅(qū)動電流，所以需要 ULN2020 來驅(qū)動。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路如圖 27 所示。 V C CV C CP 2 .0P 2 .1P 2 .2P 2 .35 線 4 相步進(jìn)電機(jī)M O T O R S T E P P E Rco m1122334455R 2 0A 4 7 2 JV C CB22B33B44B55B66B77E8C116C215C314C413C512C611C710C O M9B11U L N 2 0 0 3 圖 27 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 紅外遙控步進(jìn)電機(jī) 13 （ 6）步進(jìn)驅(qū)動脈沖分配表 正轉(zhuǎn)表： 412 驅(qū)動， 8 拍一步 DDCCCBBBAAAD 表 23 正轉(zhuǎn)表 P2端口值 P2^0(D 相 ) P2^1(C 相 ) P2^2(B 相 ) P2^3(A 相 ) 0x01 1 0 0 0 0x03 1 1 0 0 0x02 0 1 0 0 0x06 0 1 1 0 0x04 0 0 1 0 0x0c 0 0 1 1 0x08 0 0 0 1 0x09 1 0 0 1 反轉(zhuǎn)表： 412 驅(qū)動， 8 拍一步 DDAAABBBCCCA 表 24 反轉(zhuǎn)表 P2端口值 P2^0(D 相 ) P2^1(C 相 ) P2^2(B 相 ) P2^3(A 相 ) 0x01 1 0 0 0 0x09 1 0 0 1 0x08 0 0 0 1 0x0c 0 0 1 1 0x04 0 0 1 0 0x06 0 1 1 0 0x02 0 1 0 0 0x03 1 1 0 0 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 紅外遙控步進(jìn)電機(jī) 14 電源模塊 本設(shè)計(jì)中用 4 節(jié) 5 號電池來供電， 4 節(jié) 5 號電池提供的電壓是 5 * = 6V，不能直接加到系統(tǒng)里面，所以我用了 IN2020 這個二極管來分壓， IN4007 上的壓降約為 ， 6 = ，那么 VCC 約為 ， 作為 VCC 沒有超過 ,可以作為供電電源。 電源模塊原理圖如圖 28 所示。 V C C / + 2G N D / 14 節(jié) 1 .5 V 電池四節(jié) 5 號電池D6I N 4 0 0 7V C C 圖 28 電源電路 主機(jī)模塊 主機(jī)電路如圖 29 所示。 P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0/ R X D10P 3 .1/ T X D11P 3 .2/ I N T 012P 3 .3/ I N T 113P 3 .4/ T 014P 3 .5/ T 115P 3 .6/ W R16P 3 .7/ R D17P 0 .039P 0 .138P 0 .237P 0 .336P 0 .435P 0 .534P 0 .633P 0 .732P 2 .728P 2 .627P 2 .526P 2 .425P 2 .324P 2 .223P 2 .122P 2 .021R E S T9X T A L 218X T A L 119G N D20P S E N29EA31A L E30V C C40S T C 89C 52D3l e dD4L E DD5L E DR647 0V C C正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)運(yùn)行晶振11 .0592 M H zC530 P FC630 P FS1S W P BR710 KV C C V C CV C CP 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7T X DP 2 .0P 2 .1P 2 .2P 2 .3R E S TC710 U F 圖 29 主機(jī)電路 本設(shè)計(jì)的主芯片采用 STC89C52 單片機(jī)， STC89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 紅外遙控步進(jìn)電機(jī) 15 靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字 節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路，三個 16 位 定時器 /計(jì)數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。 STC89C52 具體介紹如下： （ 1） 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 （ 2） 外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 （ 3） 控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 （ 4） 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個