【文章內(nèi)容簡介】 （）令 （步進電動機無阻尼固有角頻率）， （步進電動機阻尼率）因此，步進電動機阻尼固有角頻率為 （）步進電動機阻尼固有頻率為 （）描述了步進電動機由靜止到工作頻率或由工作頻率到靜止的加減速過程中，勵磁繞組通電狀態(tài)的變化頻率f與時間t的關系。當要求步進電動機起動到大于起動頻率的工作頻率f時，速度必須上升；當從最高工作頻率fmax一或高于起動頻率的工作頻率f停止時，速度必須下降。步進電動機在起停和調(diào)速過程中，其加減速的時間常數(shù)和不能過小，否則會出現(xiàn)失步或越步，使用中應加以注意。 當脈沖信號頻率很低時，控制脈沖以矩形波輸入，電流波形比較接近于理想的矩形波。如果脈沖信號頻率增高，由于電動機繞組的電感有阻止電流變化的作用，因此電流波形發(fā)生畸變。在開始通電瞬間，由于電流不能突變，其值不能立即升起，故使轉(zhuǎn)矩下降，使起動轉(zhuǎn)矩減小，有可能起動不起來。在斷電的瞬間，電流也不能迅速下降，而產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩致使電動機不能正常工作。如果脈沖頻率很高，則電流還來不及上升到穩(wěn)定值I就開始下降，于是，電流的幅值降低。因而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小致使帶負載的能力下降。故頻率過高會使步進電動機起動不了或運行時失步而停機。因此，脈沖信號頻率不能過高過低，要有一定的限制本設計選擇的電機型號為45BF008； ；步進電機空載啟動頻率500HZ——即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）；選擇低于啟動頻率480HZ 設定啟動轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分，電機轉(zhuǎn)動一圈為360o ，360/=240個脈沖；240個脈沖/s走一圈。240*25=6000個脈沖/ 分（100脈沖/s），推出1000ms/100=10ms/脈沖。 為了提高步進電機系統(tǒng)的性能和效率，一般對驅(qū)動電路有如下要求：(1)通電周期內(nèi)能提供足夠大的矩形波或類似矩形波的電流；(2)具有截止電流釋放回路，以降低相繞組兩端的反電勢，加快電流衰減；(3)驅(qū)動電源效率高，功耗低，運行可靠、穩(wěn)定；(4)成本低，便于生產(chǎn)。如果脫離了驅(qū)動電路來談步進電機的性能是不恰當?shù)?，所以我們先了解步進電機的驅(qū)動方式，步進電機的驅(qū)動方式有多種，我們可以根據(jù)實際的需要來選用合適的驅(qū)動方式。單電壓驅(qū)動是指電動機繞組在工作時，只用一個電壓電源對繞組供電。：電路中的限流電阻R1決定了時間常數(shù)(步進電機的勵磁繞組是一個電感線圈，其電感L和回路總電阻R總之比稱為電機驅(qū)動回路的時間常數(shù))，但R1太大會使繞組供電電流減小。這一矛盾不能解決時，會使電動機的高頻性能下降?？稍赗1兩端并聯(lián)一個電容以使電流的上升波形變陡，來改善高頻特性。但這樣做又使低頻性能變差。這種驅(qū)動方式的優(yōu)點是：電路簡單；缺點：R1在工作中要消耗一定能量，所以電路損耗大，效率低。 雙電壓驅(qū)動 雙電壓驅(qū)動有兩種方法：雙電壓法和低電壓法。雙電壓法的基本思路是：在低頻段使用較低的電壓驅(qū)動，在高頻段用較高的電壓驅(qū)動。當電機工作在低頻時，給T1低電平，使T1關斷。這時電動機的繞組低電壓VL供電，控制脈沖通過T2使繞組得到低壓脈沖電源。當電機工作在高頻時，給T1高電平使T1打開。這時二極管D2方向截止，切斷低電壓電源VL，電機繞組由高電壓VH供電，控制脈沖通過 T2使繞組得到高壓脈沖電源。這種驅(qū)動方法的優(yōu)點：當電機工作在高頻段時有很好的高頻性能；缺點：沒法擺脫單電壓驅(qū)動的弱點，在限流電阻R上仍然會產(chǎn)生損耗和發(fā)熱。 高低壓法的基本思路是：不論電動機工作的頻段如何，在繞組通電的開始用高壓供電，使套組中電流迅速上升，而后用抵押來維持繞組中的電流。高壓開關管T1的輸入脈沖UH與低壓開關管T2的輸入同時起步。兩個脈沖同時使開關管TT2導通，使高電壓VH為電動機繞組供電。這使得繞組中的電流i迅速上升，電流波形前沿很陡。當脈沖UH降為低電平時，高壓開關管T1截止，高電壓被切斷，低電壓VL繼續(xù)通過二極管D2為繞組供電。這種驅(qū)動電路的有點是：由于電路中沒有串聯(lián)電阻，而且繞組的電阻小，所以低電壓只需數(shù)伏就可以為繞組提供較大的電流；缺點是：由于這種驅(qū)動在低頻時電流有較大的上沖，所以電動機低頻噪聲較大，低頻共振現(xiàn)象存在，且在高低壓交接處有一個凹陷，這樣會使得輸出轉(zhuǎn)矩下降。 斬波驅(qū)動。 斬波驅(qū)動原理圖T2每導通一次，T1導通多次，繞組的電流波形為鋸齒形。這樣的驅(qū)動電路它的優(yōu)點是：有效的抑制了共振，克服了高低壓驅(qū)動繞組轉(zhuǎn)矩下降的缺點，提高了電源效率和高頻性能；缺點是：由于電流波形為鋸齒形，所以會產(chǎn)生較大的電磁噪聲。 細分驅(qū)動由于步進電機的繞組產(chǎn)生的電磁力和繞組通電電流大小有關，假設通 電相的電流不是一步到位，而且斷電相的電流也不是馬上一步為0時，它們所產(chǎn)生的磁場合力會使步進電機的轉(zhuǎn)子有一個新的平衡位置，這個新的平衡位置是在原來的步距范圍內(nèi)。也就是說，如果繞組中的電流的波形不再是一個近似方波，而是一個分成N個階級的近似梯形波，則電流每升或降低一步時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一小步。當轉(zhuǎn)子按照這樣的規(guī)律轉(zhuǎn)過N小步時，實際上相當于它轉(zhuǎn)過了一個步距角。這種將一個步距角細分成若干小步的驅(qū)動方法就稱為細分驅(qū)動。這種驅(qū)動電路的優(yōu)點：大大提高了步進電機對執(zhí)行機構(gòu)的控制精度，同時減小或消除了噪聲、振蕩和轉(zhuǎn)矩波動。是一種比較理想的驅(qū)動方式。 集成電路驅(qū)動 集成電路驅(qū)動就是將驅(qū)動電路集成在一塊芯片上，它們大多都集驅(qū)動和保護于一體。目前，已有多種步進電機驅(qū)動集成電路芯片，作為小功率步進電機驅(qū)動的專用驅(qū)動芯片，被廣泛應用于小型儀表、計算機外設等領域，使用起來非常方便?？梢哉f驅(qū)動電路集成化已經(jīng)成為驅(qū)動電路的一種趨勢。具體的芯片如：UCN5804B等。 經(jīng)過以上的比較介紹，本設計采用單電壓驅(qū)動。 基于單片機的步進電機調(diào)速 AT89C51單片機簡介AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS8位單片機片內(nèi)4Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大。AT89C51單片機可為你提供許多高性價的應用場合，可靈活的應用于各種控制領域。 單片機AT89C51主要性能參數(shù)：與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)的全兼容 4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器1000次可擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級加密程序存儲器1288字節(jié)內(nèi)部RAM 32個可編程I/O口線2個16位定時/計數(shù)器6個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式 （1）AT89C51引腳功能說明：Vcc：電源電壓GND：地P0口：PO口是一組8位漏極開路行雙向I/O口，也既地址/數(shù)據(jù)總線復用口?？勺鳛檩敵隹谑褂脮r，每位可吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，PO口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求接上拉電阻。P1口：P1口是一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流（I）。Flash編程和程序校驗期間，P1口接收8位地址。P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸入緩沖極可以驅(qū)動（輸入或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時和作為輸出口，作輸出口時，因為存在內(nèi)部上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部存儲器或1位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口線的內(nèi)容（也既特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接收高地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸出端口。作輸出端口時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除可作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，： AT89C51端口P3口還接收一些用于Flas 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號RST：復位輸出。當震蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平使機器復位。 ALE/當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)，即使不訪問外部字節(jié)，ALE仍時鐘震蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘脈沖或用于定時目的。要注意的是：每次訪問外部存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還要輸入編程脈沖（）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令可激活。此外，此引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應該置ALE無效。：程序存入允許（）輸出的是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次有效，既輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。要注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V的編程電壓Vpp。XTAL1：震蕩器反向放大器及內(nèi)部時鐘的輸入端。XAAL2：震蕩器反向放大器的輸出端。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻的觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的所以外部 AT89C51寄存器寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容PC0000HTMOD00HACC00HTCOM00HB00HTH000HPSW00HTLO00HSP07HTH100H0DPTR0000HTH100HP1—P30FFHSCON00HIPxxx00000SBUF不定IE0xxx00000PCON0xxx00000時鐘的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)的時間和最大低電平持續(xù)的時間應符合產(chǎn)品技術條件的要求。（2）AT89C51控制信號RST/VPD（9腳）復位信號時鐘電路工作后，在引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平，芯片內(nèi)部進行初始復位，復位后片內(nèi)存儲器的狀態(tài)如表所示，P1—P3口輸出高電平，初始值07H寫入堆棧指針SP、清0程序計數(shù)器PC和其余特殊功能寄存器，但始終不影響片內(nèi)RAM狀態(tài)，只要該引腳保持高電平，89C51將循環(huán)復位，RAT/VPD從高電平到低電平單片機將從0號單元開始執(zhí)行程序，另外該引腳還具有復用功能，只要將VPD接+5V備用電源，一旦Vcc電位突然降低或斷電，能保護片內(nèi)RAM中的信息不丟失，恢復電后能正常工作。AT89C81通常采用上電自動復位和開關手動復位，：手動開關未按下之前，電容正極處于加電狀態(tài)，當按鍵按下去后，VCC與GND導通，電容放電，從而實現(xiàn)放電?？刂撇竭M電機的轉(zhuǎn)動需要三個要素：方向、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。對于步進電機的驅(qū)動，方向取決于控制器送出的方向電平的高或低，轉(zhuǎn)角取決于控制器送出的步進脈沖的個數(shù)，而轉(zhuǎn)速取決于控制器發(fā)出的步進脈沖的頻率。在步進電動機的控制中，方向和轉(zhuǎn)角控制簡單，而轉(zhuǎn)速控制則比較復雜。由于步進電動機的轉(zhuǎn)速正比于控制脈沖的頻率，所以對步進電動機脈沖頻率的調(diào)節(jié)，實質(zhì)上就是對步進電動機速度的調(diào)節(jié)。： 主程序流程圖該系統(tǒng)基于AT89C51單片機，送出步進脈沖信號，經(jīng)過驅(qū)動放大后，控制一個三相六拍反應式不經(jīng)點擊的激磁繞組的通電順序，控制步進電機的轉(zhuǎn)向。脈沖分配采用查表法，按正向運轉(zhuǎn)的通電順序，列出各相繞組的脈沖分配表（，表中“0”表示通電）。 步進電機繞組通電順序表地址指針代碼步進電機繞組通電順序選通信號ABCMOTB+110BH1011MOTB+1209H1001MOTB+130DH1101MOTB+140CH1100MOTB+150EH1110MOTB+160AH1010步進電機設置一個指針寄存器，初始化時使指針指向分配表的表首。步進電機需要正向運行一步時，指針下移一行，同時輸出該行的狀態(tài)，當指針超出分配表表尾時自動回到表首；步進電機反向運行時，指針上移一行，并輸出該行的脈沖值，當指針超出表首時又自動回到表尾。： 脈沖分配子程序流程圖用微機對步進電機進行加減速控制，實際上就是改變輸出脈沖的時間間隔。升速時使脈沖串逐漸加密，減速時使脈沖串逐漸疏稀。微機用定時器中斷