基于proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-20 22:03 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 斬波器功能控制端。低電平時(shí)使INH1和INH2起作用，高電平時(shí)使A，B，C，D起作用。12腳(Vcc)——+5V電源輸入端。13腳(SENS2)——C相、D相繞組電流檢測(cè)電壓反饋輸入端。14腳(SENS1)——A相、B相繞組電流檢測(cè)電壓反饋輸入端。15腳(Vref )——斬波器基準(zhǔn)電壓輸入端。加到此引腳的電壓決定繞組電流的峰值。16腳(OSC)——斬波器頻率輸入端。一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)接至此引角以決定斬波器頻率，在多個(gè)L297同步工作時(shí)其中一個(gè)接到RC網(wǎng)絡(luò)，其余的此引角接地，各個(gè)器件的腳 I (SYNC)應(yīng)連接到一起這樣可雜波的引入問(wèn)題如圖5所示。17腳(CW/CCW)—方向控制端。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向由繞組的連接方法決定。當(dāng)改變此引腳 的電平狀態(tài)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。18腳(CLOCK)——步進(jìn)時(shí)鐘輸入端。該引腳輸入負(fù)脈沖時(shí)步進(jìn)電機(jī)向前步進(jìn)一個(gè)增量，該步進(jìn)是在信號(hào) 的上升沿產(chǎn)生。19腳(HALF/FULL)——半步、全步方式 選擇端。此引腳輸入高電平時(shí)為半步方式(四相八拍)，低電平時(shí)為全步方式。如選擇全步方式時(shí)變換器在奇數(shù)狀態(tài)，會(huì)得到單相工作方式(單四拍)。20腳(RESET)——復(fù)位輸入端。此引腳輸入負(fù)脈沖時(shí)，變換器恢復(fù)初始狀態(tài) (ABCD=0101)。 圖2 L297內(nèi)部方框電路圖 圖3 L297變換器換出的八步雷格碼（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)） 圖4 斬波器線(xiàn)路在圖2所示的L297的內(nèi)部方框圖中。變換器是一個(gè)重要組成部分。變換器由一個(gè)三倍計(jì)算器加某些組合邏輯電路組成，產(chǎn)生一個(gè)基本的八格雷碼(順序如圖3所示)。由變換器產(chǎn)生4個(gè)輸出信號(hào)送給后面的輸出邏輯部分，輸出邏輯提供禁止和斬波器功能所需的相序。為了獲得電動(dòng)機(jī)良好的速度和轉(zhuǎn)矩特性，相序信號(hào)是通過(guò)2個(gè)PWM斬波器控制電動(dòng)波器包含有一個(gè)比較器、一個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)外部檢測(cè)電阻，如圖4所示，晶片內(nèi)部的通用振蕩器提供斬波頻率脈沖。每個(gè)斬波器的觸發(fā)器由振蕩器的脈沖調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載電流提高時(shí)檢測(cè)電阻上的電壓相對(duì)提高，當(dāng)電壓達(dá)到Uref時(shí)(Uref是根據(jù)峰值負(fù)載電流而定的)，將觸發(fā)器重置，切斷輸出，直至第二個(gè)振蕩脈沖到來(lái)、此線(xiàn)路的輸出(即觸發(fā)器Q輸出)是一恒定速率的PWM信號(hào)，L297的CONTROL端的輸入決定斬波器對(duì)相位線(xiàn)A，B，C，D或抑制線(xiàn)INH1和INH2起作用。CONTROL為高電平時(shí)，對(duì)A，B，C，D有抑制作用；為低電平時(shí)，則對(duì)抑制線(xiàn)INH1和INH2有抑制作用，從而可對(duì)電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制L297驅(qū)動(dòng)相序的產(chǎn)生L297能產(chǎn)生單四拍、雙四拍和四相八拍工作所需的適當(dāng)相序。3種方式的驅(qū)動(dòng)相序都可以很容易地根據(jù)變換器輸出的格雷碼的順序產(chǎn)生，格雷碼的順序直接與四八拍(半步方式)相符合 ，只要在腳19輸入一高電平即可得到。其波形圖如圖5所示。 圖5 四相八拍模式波形圖通過(guò)交替跳過(guò)在八步順序中的狀態(tài)就可以得到全步工作方式，此時(shí)需在腳19接一低電平，前已述及根據(jù)變換器的狀態(tài)可得到四拍或雙四拍2種工作模式，如圖6，7所示 圖6 單四拍模式波形圖 圖7 雙四拍模式波形圖（4）L298簡(jiǎn)介L(zhǎng)298N 為SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片( Dual FullBridge Driver ) ，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)，但在本驅(qū)動(dòng)電路中用L297 來(lái)提供時(shí)序信號(hào)，節(jié)省了單片機(jī)IO 端口的使用。L298N 之接腳如圖8 所示，Pin1 和Pin15 可與電流偵測(cè)用電阻連接來(lái)控制負(fù)載的電路； OUTl、OUT2 和OUTOUT4 之間分別接2 個(gè)步進(jìn)電機(jī)；input1~input4 輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；Enable 則控制電機(jī)停。 圖8 L298引腳圖三、方案論證 從該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可知，該系統(tǒng)的輸入量為速度和方向，速度應(yīng)該有增減變化，通常用加減按鈕控制速度，這樣只要2根口線(xiàn)，再加上一根方向線(xiàn)盒，一根啟動(dòng)信號(hào)線(xiàn)共需要4根輸入線(xiàn)。系統(tǒng)的輸出線(xiàn)與步進(jìn)電機(jī)的繞組數(shù)有關(guān)。這里選四相步進(jìn)電機(jī)。 該電機(jī)共有四相繞組，工作電壓為+5V，可以與單片機(jī)共用一個(gè)電源。步進(jìn)電機(jī)的四相繞組控制過(guò)程如下：（CW/CCW）。使L297輸出四相八拍工作所需的適當(dāng)相序（A,B,C,D四相）。L297的四相輸出接L298的IN0IN4使其OUT0OUT4輸出放大后的四相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。~ 控制LM016L顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。四、硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的硬件電路只要包括控制電路、最小系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路四大部 分。最小系統(tǒng)只要是為了使單片機(jī)正常工作?？刂齐娐分灰砷_(kāi)關(guān)和按鍵組成， 由操作者根據(jù)相應(yīng)的工作需要進(jìn)行操作。顯示電路主要是為了顯示電機(jī)的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)電路主要是對(duì)單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 （1） 控制電路 圖1控制電路原理圖根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設(shè)置了啟動(dòng)控制，換向控制，加速控制和 減速控制按鈕，分別是KKSS3，控制電路如圖1所示。通過(guò) KK2 狀 態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)和換向功能。當(dāng) KK2 的狀態(tài)變化時(shí)，內(nèi)部程序檢測(cè) 和 。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理可以知道，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制主要是通過(guò)控制通入 電機(jī)的脈沖頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于單片機(jī)而言，主要的方法有軟件延時(shí)和定時(shí)中斷在此電路中電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制主要是通過(guò)定時(shí)器的中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 該電路控制電機(jī)加速度主要是通過(guò)S
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