【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 平時(shí)，該相導(dǎo)通；當(dāng)為低電平時(shí)，該相截止。高壓管的輸入信號(hào)是由信號(hào)的前沿信號(hào)獲得的，前沿與同步。但脈沖寬度要比小得多，高低壓驅(qū)動(dòng)可保證在很寬的頻段內(nèi)都能保證相繞組有較大的平均電流，在截止時(shí)又能迅速釋放，因此能產(chǎn)生較大的且較穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩，因此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可得到較高的響應(yīng)。 高低壓驅(qū)動(dòng)的原理圖 高低壓管輸入信號(hào)。其工作原理為：當(dāng)環(huán)形分配器輸出導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，輸出高電平使和兩管導(dǎo)通，高電壓經(jīng)向電動(dòng)機(jī)繞組供電。當(dāng)電流超過(guò)所設(shè)定值時(shí)，比較器輸入的電流取樣電壓超過(guò)給定電壓，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出變低電平，關(guān)斷高壓管。此時(shí)磁場(chǎng)能量將使繞組電流按原方向繼續(xù)流動(dòng)，經(jīng)由低壓管、取樣電阻、地線(xiàn)、二極管Dl構(gòu)成的續(xù)流回路消耗磁場(chǎng)的能量。此時(shí)電流將按指數(shù)曲線(xiàn)衰減，逐漸下降。當(dāng)取樣電阻上得到的電壓小于給定電壓時(shí)，比較器又翻轉(zhuǎn)回去，輸出高電平，打開(kāi)高壓管，電源又開(kāi)始向繞組供電，電流又會(huì)上升。如此反復(fù)，電動(dòng)機(jī)繞組的電流就穩(wěn)定在由給定電平所決定的數(shù)值上，形成小小的鋸齒波。斬波恒流驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)通相電流不論在鎖定、低頻或高頻工作時(shí)都保持額定值。而且低頻共振現(xiàn)象基本消除，在任何頻率下，電動(dòng)機(jī)都可穩(wěn)定運(yùn)行。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組的電流是按照工作方式的節(jié)拍輪流通電的。繞組通電的過(guò)程非常簡(jiǎn)單，即通電—斷電反復(fù)進(jìn)行。眾所周知，電磁力的大小與繞組通電電流的大小有關(guān)。當(dāng)通電相的電流并不馬上上升到位，而斷電相的電流也并不立即降為0時(shí)，它們所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì)使轉(zhuǎn)子有一個(gè)新的平衡位置，這個(gè)平衡位置是在原來(lái)的步距角范圍內(nèi)。也就是說(shuō)，如果繞組中電流的波形不再是一個(gè)近似方波，而是一個(gè)分成N個(gè)階級(jí)的近似階梯波，則電流每升或降一個(gè)階梯時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一小步。當(dāng)轉(zhuǎn)子按照這樣的規(guī)律轉(zhuǎn)過(guò)N小步時(shí)，實(shí)際上相當(dāng)于它轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這種將一個(gè)步距角細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法，就稱(chēng)為細(xì)分驅(qū)動(dòng)。采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有如下特點(diǎn)：避免了電機(jī)工作時(shí)的共振點(diǎn)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由其自身原因，導(dǎo)致其電器機(jī)械特性在某個(gè)頻率下，會(huì)產(chǎn)生丟步或跳步現(xiàn)象。采用細(xì)分電路后，改善了電器特性，消除了共振點(diǎn)，解決了低頻振蕩問(wèn)題。細(xì)分后，驅(qū)動(dòng)電流的變化幅度減小，故轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡位置時(shí)的過(guò)剩能量也減少。另一方面，控制信號(hào)的頻率提高了N倍(細(xì)分?jǐn)?shù))，可遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的低頻諧振頻率。低頻、低轉(zhuǎn)速工作穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩增大，噪聲降低。由于采用了細(xì)分電路，在低速工作時(shí)電機(jī)的加速力矩明顯減小，因?yàn)楣ぷ髁?(輸出力矩—加速力矩)，輸出力矩為步進(jìn)電機(jī)靜止時(shí)可產(chǎn)生的最大力矩，它的值一般大于工作輸出力矩。由于加速力矩的減小，可以使輸出工作力矩增加，所以細(xì)分后電機(jī)變得有勁，帶負(fù)載能力提高，尤其在啟動(dòng)和低速狀態(tài)。由于加速度的減小，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行噪聲也大大減小，改善了工作環(huán)境。在不改變電機(jī)內(nèi)部參數(shù)的情況下，減小步距角、減小步進(jìn)誤差，即提高了分辨率和步距精度。雙極性驅(qū)動(dòng)是指對(duì)繞組正向和反向通電。兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)必須實(shí)現(xiàn)雙極性驅(qū)動(dòng)。為了是兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)雙極性驅(qū)動(dòng)，最常用的方法是使用H驅(qū)動(dòng)橋。 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的雙極性驅(qū)動(dòng)4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本部分將主要介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)硬件電路的每個(gè)主要組成部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析介紹；對(duì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想及各部分軟件的流程作了詳細(xì)論述。本課題所要做的工作是基于單片機(jī)的兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)控制電路的硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)器作為外部信號(hào)與兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的接口，接受外部的控制信號(hào)，然后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按給定的方式轉(zhuǎn)動(dòng)。此驅(qū)動(dòng)器接受外部信號(hào)如:正反轉(zhuǎn)信號(hào)、速度改變信號(hào)、及脈沖信號(hào)后。當(dāng)接受到這些信號(hào)后，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。整個(gè)系統(tǒng)以8098單片機(jī)為控制核心，8098單片機(jī)通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)判斷比較，輸出存儲(chǔ)器中給定電流波形的控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)PBL3717驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，該信號(hào)和電機(jī)繞組中反饋回來(lái)的電流信號(hào)進(jìn)行比較，若電流信號(hào)大于控制電壓，電路將功放管截止，反之使功放管導(dǎo)通來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。輸出不同的控制電壓，繞組中流過(guò)不同的電流值。，系統(tǒng)按功能可分為以下幾個(gè)部分：8089單片機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)LED顯示語(yǔ)音報(bào)速鍵盤(pán)保護(hù)速度檢測(cè)單元串行通信圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，輸出控制脈沖信號(hào)到DPBL3717以驅(qū)動(dòng)內(nèi)部H橋電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。通過(guò)單片機(jī)擴(kuò)展芯片8279實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)顯示功能。一片PBL3717可驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂的上下IGBT管，功率電路設(shè)計(jì)為H橋式功率驅(qū)動(dòng)電路，所以一相繞組需一片PBL3717?？偣残枰獌善琍BL3717驅(qū)動(dòng)八只IGBT管。，當(dāng)主回路電流高過(guò)一定值之后，保護(hù)電路輸出信號(hào)，該信號(hào)電平被送至單片機(jī)進(jìn)行判斷處理。當(dāng)保護(hù)信號(hào)為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)芯片PBL3717被封鎖，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的目的。，利用8279實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的給定和LED的顯示功能。，采用MAX232芯片，利用單片機(jī)的串行口實(shí)現(xiàn)RS232的串行通信方式。本系統(tǒng)中，通過(guò)分析系統(tǒng)的功能和要求，比較各種單片機(jī)性能，最終采用8098單片機(jī)為控制核心，系統(tǒng)主控制電路圖詳見(jiàn)附錄8098是Intel公司于1988年推出的96系列準(zhǔn)16位單片機(jī)，所謂準(zhǔn)16位是指片內(nèi)數(shù)據(jù)總線(xiàn)采用16位，外部數(shù)據(jù)總線(xiàn)采用8位。8098單片機(jī)具有16位機(jī)性能，8位機(jī)的價(jià)格，并解決了與8位 I/O口接口芯片的匹配問(wèn)題，因而易于應(yīng)用和推廣，具有廣闊的前景。8098單片機(jī)的主要性能、特點(diǎn)如下：★. 16位的中央處理單元CPU；★. 可直接提供一路脈沖寬度調(diào)制輸出PWM?！? 自帶波特率發(fā)生器的全雙工串行口；★. 高速輸入、輸出部件（HIS/HSO）；★. 多用途的并行接口P0、PP3和P4；★. 中斷系統(tǒng)功能；★. 16位監(jiān)視定時(shí)器（WDT）俗稱(chēng)看門(mén)狗；★. 兩個(gè)16位硬件定時(shí)器TT2；★. 4個(gè)16位軟件定時(shí)器；★. 256個(gè)字節(jié)的寄存器陣列和特殊功能寄存器SFR；★. 存儲(chǔ)器統(tǒng)一的編址方式。由上所述，可見(jiàn)8098單片機(jī)特別適合用于要求很高的高精度、快速的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合，8098單片機(jī)常常是現(xiàn)場(chǎng)微控制器的理想機(jī)種。2. I/O口電路在8098單片機(jī)I/O口中，P0口作為輸入口，有ACH7()～ACH4()共4個(gè)引腳。P2口有4個(gè)引腳：TXD(),串行口輸出；RXD()，串行口輸入；EXTINT(),外部中斷源輸入信號(hào)；PWM()，脈沖寬度調(diào)制輸出（或D/A轉(zhuǎn)換）。其中。P3口作為地址總線(xiàn)低8位和8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)；接8279的數(shù)據(jù)端，實(shí)現(xiàn)8279擴(kuò)展鍵盤(pán)顯示功能。、放音控制口達(dá)到語(yǔ)音報(bào)速功能。P4口作為地址總線(xiàn)高8位。3. 高速輸入、輸出器（HIS/HSO）HIS有4個(gè)輸入端：HIS.～，可同時(shí)接收4個(gè)引腳的脈沖變化信號(hào)；HSO有6個(gè)輸出端：～，可由用戶(hù)程序設(shè)定在規(guī)定的時(shí)刻輸出觸發(fā)信號(hào)。通過(guò)HSO口連接PBL3717的輸入端以輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方向、轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。4. 輸入隔離電路光電隔離電路為了是防止步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)輸入輸出接口進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)而燒毀器件，影響它的正常工作。因此，在輸入輸出口與單片機(jī)之間加上以TLP521為主要元件的光電隔離電路，從而提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。TLP521的輸入端信號(hào)是單片機(jī)控制信號(hào)，經(jīng)TLP521隔離后輸出CP脈沖信號(hào)進(jìn)入PBL3717驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按要求運(yùn)行，輸入與輸出電平是同相的。TLP521的輸出端用+5V電壓作為提拉，該電壓與單片機(jī)控制電路的供電電壓相同。這樣可提高了工作的可靠性。晶體振蕩電路主要給單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。在單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體振蕩器CRYS和微調(diào)電容CC2形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。其中CRYS為6M晶體，CC2取20pF。 光電速度檢測(cè)電路原理圖光電編碼盤(pán)角度檢測(cè)傳感器是一種廣泛應(yīng)用的編碼式數(shù)字傳感器，它將測(cè)得的角度位移轉(zhuǎn)換為脈沖形式的數(shù)字信號(hào)輸出。，在本驅(qū)動(dòng)電路中，開(kāi)關(guān)管選用絕緣柵型功率管IGBT。驅(qū)動(dòng)功率IGBT管方面，傳統(tǒng)上采用由分離元件組成的TTL電路、功率管MOSFET、線(xiàn)性運(yùn)放電路或者混合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這些電路存在的問(wèn)題是工作頻率上不去，開(kāi)啟和關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)，而且元器件多、電路復(fù)雜，可靠性也不高，鑒于此，本系統(tǒng)選用了美國(guó)SGS公司生產(chǎn)的專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)芯片PBL3717。 驅(qū)動(dòng)電路1. PBL3717功能原理簡(jiǎn)介PBL3717是SGS公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相繞組驅(qū)動(dòng)電路，內(nèi)部采用是H橋脈寬調(diào)制電路。利用外部邏輯電路構(gòu)成邏輯分配器或微處理器分配信號(hào)，由若干片這種電路和少量無(wú)源元件可組成一個(gè)完整多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，可實(shí)現(xiàn)整步（基本步距）、半步或微步距控制。控制方式是雙極性、固定OFF（關(guān)斷）時(shí)間斬波電流控制。下面介紹一下PBL3717引腳功能。它采用16腳雙列直插塑料封裝。1腳和15腳為輸出端，分別接一相繞組線(xiàn)圈兩端；2腳外接RC定時(shí)元件；14腳是繞組線(xiàn)圈供電電源，可在10～46V范圍內(nèi)選擇；113腳接地端，可接至熱片；6腳是IC供電電源接 5V；9腳用于選擇繞組線(xiàn)圈電流；8腳（為相位輸入端，用于控制轉(zhuǎn)動(dòng)方向；16腳外部繞組電流采樣電阻，采樣信號(hào)通過(guò)RC低通濾波器送至10腳，與內(nèi)部電壓比較器基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；11腳外接參考電壓。 PBL3717具有欠壓告警、欠壓封鎖、過(guò)流保護(hù)之功能等比較完善的保護(hù)功能。