【文章內容簡介】 平時，該相導通；當為低電平時，該相截止。高壓管的輸入信號是由信號的前沿信號獲得的，前沿與同步。但脈沖寬度要比小得多，高低壓驅動可保證在很寬的頻段內都能保證相繞組有較大的平均電流，在截止時又能迅速釋放，因此能產生較大的且較穩(wěn)定的電磁轉矩，因此驅動系統可得到較高的響應。 高低壓驅動的原理圖 高低壓管輸入信號。其工作原理為：當環(huán)形分配器輸出導通信號時，輸出高電平使和兩管導通，高電壓經向電動機繞組供電。當電流超過所設定值時，比較器輸入的電流取樣電壓超過給定電壓，比較器翻轉，輸出變低電平，關斷高壓管。此時磁場能量將使繞組電流按原方向繼續(xù)流動，經由低壓管、取樣電阻、地線、二極管Dl構成的續(xù)流回路消耗磁場的能量。此時電流將按指數曲線衰減，逐漸下降。當取樣電阻上得到的電壓小于給定電壓時，比較器又翻轉回去，輸出高電平，打開高壓管，電源又開始向繞組供電，電流又會上升。如此反復，電動機繞組的電流就穩(wěn)定在由給定電平所決定的數值上，形成小小的鋸齒波。斬波恒流驅動方式的優(yōu)點是導通相電流不論在鎖定、低頻或高頻工作時都保持額定值。而且低頻共振現象基本消除，在任何頻率下，電動機都可穩(wěn)定運行。步進電動機各相繞組的電流是按照工作方式的節(jié)拍輪流通電的。繞組通電的過程非常簡單，即通電—斷電反復進行。眾所周知，電磁力的大小與繞組通電電流的大小有關。當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，它們所產生的磁場合力，會使轉子有一個新的平衡位置，這個平衡位置是在原來的步距角范圍內。也就是說，如果繞組中電流的波形不再是一個近似方波，而是一個分成N個階級的近似階梯波，則電流每升或降一個階梯時，轉子轉動一小步。當轉子按照這樣的規(guī)律轉過N小步時，實際上相當于它轉過一個步距角。這種將一個步距角細分成若干小步的驅動方法，就稱為細分驅動。采用細分驅動的步進電動機具有如下特點：避免了電機工作時的共振點。步進電動機由其自身原因，導致其電器機械特性在某個頻率下，會產生丟步或跳步現象。采用細分電路后，改善了電器特性，消除了共振點，解決了低頻振蕩問題。細分后，驅動電流的變化幅度減小，故轉子達到平衡位置時的過剩能量也減少。另一方面，控制信號的頻率提高了N倍(細分數)，可遠離轉子的低頻諧振頻率。低頻、低轉速工作穩(wěn)定，轉矩增大，噪聲降低。由于采用了細分電路，在低速工作時電機的加速力矩明顯減小，因為工作力矩=(輸出力矩—加速力矩)，輸出力矩為步進電機靜止時可產生的最大力矩，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，所以細分后電機變得有勁，帶負載能力提高，尤其在啟動和低速狀態(tài)。由于加速度的減小，步進電動機低速運行噪聲也大大減小，改善了工作環(huán)境。在不改變電機內部參數的情況下，減小步距角、減小步進誤差，即提高了分辨率和步距精度。雙極性驅動是指對繞組正向和反向通電。兩相混合式步進電動機必須實現雙極性驅動。為了是兩相混合式步進電動機實現雙極性驅動，最常用的方法是使用H驅動橋。 兩相混合式步進電動機的雙極性驅動4步進電動機控制系統設計本部分將主要介紹步進電動機的單片機控制系統的硬件及軟件設計，對系統硬件電路的每個主要組成部分的設計進行詳細的分析介紹；對系統軟件的設計思想及各部分軟件的流程作了詳細論述。本課題所要做的工作是基于單片機的兩相混合式步進電動機控制系統的設計，主要包括系統控制電路的硬件設計和系統軟件設計。驅動器作為外部信號與兩相步進電動機的接口，接受外部的控制信號，然后驅動步進電機按給定的方式轉動。此驅動器接受外部信號如:正反轉信號、速度改變信號、及脈沖信號后。當接受到這些信號后，執(zhí)行相應的動作。整個系統以8098單片機為控制核心，8098單片機通過對輸入信號判斷比較，輸出存儲器中給定電流波形的控制信號，信號經過PBL3717驅動器驅動兩相步進電動機，該信號和電機繞組中反饋回來的電流信號進行比較，若電流信號大于控制電壓，電路將功放管截止，反之使功放管導通來驅動步進電機。輸出不同的控制電壓，繞組中流過不同的電流值。，系統按功能可分為以下幾個部分：8089單片機驅動器步進電機LED顯示語音報速鍵盤保護速度檢測單元串行通信圖 控制系統結構框圖，輸出控制脈沖信號到DPBL3717以驅動內部H橋電路來驅動步進電動機。通過單片機擴展芯片8279實現鍵盤顯示功能。一片PBL3717可驅動一個橋臂的上下IGBT管，功率電路設計為H橋式功率驅動電路，所以一相繞組需一片PBL3717?？偣残枰獌善琍BL3717驅動八只IGBT管。，當主回路電流高過一定值之后，保護電路輸出信號，該信號電平被送至單片機進行判斷處理。當保護信號為高電平時，驅動芯片PBL3717被封鎖，電動機停止運行，實現保護的目的。，利用8279實現鍵盤的給定和LED的顯示功能。，采用MAX232芯片，利用單片機的串行口實現RS232的串行通信方式。本系統中，通過分析系統的功能和要求，比較各種單片機性能，最終采用8098單片機為控制核心，系統主控制電路圖詳見附錄8098是Intel公司于1988年推出的96系列準16位單片機，所謂準16位是指片內數據總線采用16位，外部數據總線采用8位。8098單片機具有16位機性能，8位機的價格，并解決了與8位 I/O口接口芯片的匹配問題，因而易于應用和推廣，具有廣闊的前景。8098單片機的主要性能、特點如下：★. 16位的中央處理單元CPU；★. 可直接提供一路脈沖寬度調制輸出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；★. 中斷系統功能；★. 16位監(jiān)視定時器（WDT）俗稱看門狗；★. 兩個16位硬件定時器TT2；★. 4個16位軟件定時器；★. 256個字節(jié)的寄存器陣列和特殊功能寄存器SFR；★. 存儲器統一的編址方式。由上所述，可見8098單片機特別適合用于要求很高的高精度、快速的實時控制場合，8098單片機常常是現場微控制器的理想機種。2. I/O口電路在8098單片機I/O口中，P0口作為輸入口，有ACH7()～ACH4()共4個引腳。P2口有4個引腳：TXD(),串行口輸出；RXD()，串行口輸入；EXTINT(),外部中斷源輸入信號；PWM()，脈沖寬度調制輸出（或D/A轉換）。其中。P3口作為地址總線低8位和8位數據總線；接8279的數據端，實現8279擴展鍵盤顯示功能。、放音控制口達到語音報速功能。P4口作為地址總線高8位。3. 高速輸入、輸出器（HIS/HSO）HIS有4個輸入端：HIS.～，可同時接收4個引腳的脈沖變化信號；HSO有6個輸出端：～，可由用戶程序設定在規(guī)定的時刻輸出觸發(fā)信號。通過HSO口連接PBL3717的輸入端以輸入驅動信號，即步進電動機的方向、轉速控制信號。4. 輸入隔離電路光電隔離電路為了是防止步進電動機和驅動電路產生的干擾信號通過輸入輸出接口進入單片機系統而燒毀器件，影響它的正常工作。因此，在輸入輸出口與單片機之間加上以TLP521為主要元件的光電隔離電路，從而提高系統的可靠性和抗干擾能力。TLP521的輸入端信號是單片機控制信號，經TLP521隔離后輸出CP脈沖信號進入PBL3717驅動芯片驅動步進電動機按要求運行，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提供時鐘信號。在單片機芯片內部有一個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。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體振蕩器CRYS和微調電容CC2形成反饋電路，就構成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。其中CRYS為6M晶體，CC2取20pF。 光電速度檢測電路原理圖光電編碼盤角度檢測傳感器是一種廣泛應用的編碼式數字傳感器，它將測得的角度位移轉換為脈沖形式的數字信號輸出。，在本驅動電路中，開關管選用絕緣柵型功率管IGBT。驅動功率IGBT管方面，傳統上采用由分離元件組成的TTL電路、功率管MOSFET、線性運放電路或者混合電路來實現，但這些電路存在的問題是工作頻率上不去，開啟和關斷時間較長，而且元器件多、電路復雜，可靠性也不高，鑒于此，本系統選用了美國SGS公司生產的專用集成驅動芯片PBL3717。 驅動電路1. PBL3717功能原理簡介PBL3717是SGS公司設計生產步進電動機單相繞組驅動電路，內部采用是H橋脈寬調制電路。利用外部邏輯電路構成邏輯分配器或微處理器分配信號，由若干片這種電路和少量無源元件可組成一個完整多相步進電動機驅動程序，可實現整步（基本步距）、半步或微步距控制?？刂品绞绞请p極性、固定OFF（關斷）時間斬波電流控制。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，分別接一相繞組線圈兩端；2腳外接RC定時元件；14腳是繞組線圈供電電源，可在10～46V范圍內選擇；113腳接地端，可接至熱片；6腳是IC供電電源接 5V；9腳用于選擇繞組線圈電流；8腳（為相位輸入端，用于控制轉動方向；16腳外部繞組電流采樣電阻，采樣信號通過RC低通濾波器送至10腳，與內部電壓比較器基準電壓進行比較；11腳外接參考電壓。 PBL3717具有欠壓告警、欠壓封鎖、過流保護之功能等比較完善的保護功能。