基于單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2024-12-23 20:58 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 所以繞組電流不是連續(xù)的 2．電動(dòng)機(jī)各 相繞組都是繞在鐵心上的線圈所以都有較大的電感繞組通電時(shí)電流上升率受到限制因此影響電動(dòng)機(jī)繞組電流的大小 3．繞組斷點(diǎn)時(shí)電感中磁場(chǎng)的儲(chǔ)能將維持繞組中已有的電流不能突變結(jié)果使應(yīng)該電流截止的相不能立即截止為使電流盡快截止必須設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)睦m(xù)流回落繞組導(dǎo)通和截止都會(huì)產(chǎn)生較大的反電勢(shì)而截止時(shí)反電勢(shì)將對(duì)驅(qū)動(dòng)級(jí)器件的安全產(chǎn)生有害的影響 4．電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在各相繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢(shì)這些電勢(shì)的大小和方向?qū)?duì)繞組電流產(chǎn)生很大的影響由于旋轉(zhuǎn)電勢(shì)基本上與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比轉(zhuǎn)速越高電勢(shì)越大繞組電流越小從而使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也隨著轉(zhuǎn)速升高而下降驅(qū)動(dòng)級(jí) 線路既要保證繞組有足夠的電流電壓及正確的波形同時(shí)要保證功率放大器件的安全運(yùn)行另外還應(yīng)有較高的效率較小的功耗較低的成本這就必須要設(shè)計(jì)合理的線路選用合適的功率器件 驅(qū)動(dòng)級(jí)的功率放大器件有中功率晶體管大功率晶體管大功率達(dá)林頓晶體管可控硅可關(guān)斷可控硅場(chǎng)效應(yīng)功率管雙極型晶體管與場(chǎng)效應(yīng)功率管的復(fù)合管以及各種功率模塊等 目前步進(jìn)電機(jī)常用的驅(qū)動(dòng)方式有單電壓驅(qū)動(dòng) 包括單電壓串電阻驅(qū)動(dòng) 雙電壓驅(qū)動(dòng) 包括高低壓驅(qū)動(dòng) 斬波恒流驅(qū)動(dòng)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)等以下分別簡(jiǎn)單介紹前二種驅(qū)動(dòng)方式的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)將在后面詳細(xì)介紹細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式 24 步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)分析 241 單電壓驅(qū)動(dòng) 單電壓驅(qū)動(dòng)是指在電動(dòng)機(jī)繞組工作過(guò)程中只用一個(gè)方向電壓對(duì)繞組供電其原理圖如圖 26所示前面推動(dòng)級(jí)輸出信號(hào) In作用于三極管的基級(jí)其集電極接電動(dòng)機(jī)的一相繞組繞組另一端直接與電源電壓連接因此當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)電源電壓全部作用在電動(dòng)機(jī)繞組上歸結(jié)起來(lái)單電壓驅(qū)動(dòng)器有如下特點(diǎn)線路簡(jiǎn)單成本低低頻時(shí)響應(yīng)較好有共振區(qū)高頻時(shí)帶載能力迅速下降 單電壓驅(qū)動(dòng)的致命弱點(diǎn)是繞組導(dǎo)通的回路電氣時(shí)間常數(shù)較大致使導(dǎo)通時(shí)繞組電流上升較慢使電機(jī)在導(dǎo)通脈寬 T 接近時(shí)繞組電流迅速下降由于故要減小電氣時(shí)間常數(shù)的方法是減小繞組的 電感或增加繞組回路的電阻 R 對(duì)于確定的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組電感已經(jīng)確定因此在電路中只有用增加回路電阻的方法即單電壓串電阻驅(qū)動(dòng)其原理圖如圖 27 所示單電壓串電阻驅(qū)動(dòng)的主要缺點(diǎn)是損耗大效率低對(duì)比前述單電壓驅(qū)動(dòng)其導(dǎo)通時(shí)銅損為而串電阻后的導(dǎo)通銅損為所以電源提供的功率大部分都消耗在串聯(lián)電阻上 242 雙電壓驅(qū)動(dòng) 雙電壓驅(qū)動(dòng)的基本思想是在較低頻段用較低的電壓驅(qū)動(dòng)而在高頻段用較高電壓驅(qū)動(dòng)原理線路見(jiàn)圖 27 所示電源直接接到由大功率管和二極管組成的電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上當(dāng)關(guān)斷時(shí)低壓電源通過(guò)給電路提供驅(qū)動(dòng)電壓當(dāng)導(dǎo)通時(shí)高壓電源通過(guò)給電路提供驅(qū)動(dòng)電壓處 于反向截止?fàn)顟B(tài)低壓電源自動(dòng)停止供電 高低壓驅(qū)動(dòng)的原理線路如圖 29 所示初看起來(lái)與雙電壓驅(qū)動(dòng)電路似乎差別不大但實(shí)際上工作過(guò)程截然不同圖中所示為每相的單元線路主回路由高壓管電動(dòng)機(jī)繞組低壓管串聯(lián)而成加高壓加低電壓電動(dòng)機(jī)繞組回路不串電阻在每相導(dǎo)通期間低壓管輸入信號(hào)與高壓管輸入信號(hào)見(jiàn)圖 210 所示當(dāng)為高電平時(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) 25 本章小結(jié) [12]圖 31 中表示單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖由于單片機(jī)的高度集成化縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)傳送距離優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置大大地提高了系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行速度同時(shí)它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制的要求所以單片機(jī)在工業(yè)過(guò)程及設(shè)備控制中得到了廣泛的應(yīng)用 [1314] 圖 31 典型單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 312 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)需要與外界交換信息人們需要通過(guò)人機(jī)對(duì)話了解系統(tǒng)的工作情況和進(jìn)行控制單片機(jī)芯片與其它 CPU 比較功能雖然要強(qiáng)得多但由于芯片結(jié)構(gòu)引腳數(shù)目的限制片 內(nèi) ROMRAMIO 口等不能很多在構(gòu)成實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)需要加以擴(kuò)展以適應(yīng)不同的工作情況單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成基本上如圖 32 所示 圖 32 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置的狀況可以分為最小應(yīng)用系統(tǒng)最小功耗系統(tǒng)典型應(yīng)用系統(tǒng)本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一款最小應(yīng)用系統(tǒng)最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)這種系統(tǒng)成本低廉結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單常用來(lái)構(gòu)成簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)如開(kāi)關(guān)量的輸入輸出控制時(shí)序控制等對(duì)于片內(nèi)有 ROMEPROM 的芯片來(lái)說(shuō)最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器復(fù)位電路和電源的單個(gè)芯片對(duì)與片內(nèi)沒(méi)有 ROMEPROM 芯片來(lái)說(shuō)其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了應(yīng)配置上述的晶振復(fù)位電路和電源外還應(yīng)配備 EPROM 或 EEPROM 作為程序存儲(chǔ)器使用 [1516] 313 AT89C52 簡(jiǎn)介 AT89C52 的主要參數(shù)如表 31 所示 表 31 AT89C52 的主要參數(shù) 型號(hào) 存儲(chǔ)器 定時(shí)器 I0 串行口 中斷 速度 MH 其它特點(diǎn) E2PROM ROM RAM 89C52 8K 128 2 32 1 6 24 低電壓 AT89C52 含 E2PROM 電可編閃速存儲(chǔ)器有兩級(jí)或三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密系統(tǒng)防止 E2PROM 中的程序被非法 復(fù)制不用紫外線擦除提高了編程效率程序存儲(chǔ)器E2PROM 容量可達(dá) 20K 字節(jié) AT89C52 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory 的低電壓高性能 CMOS8 位微處理器俗稱單片機(jī)該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中 ATMEL 的 AT89C5 是一種高效微控制器為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià) 廉的方案 [1718] 圖 33 單片機(jī)的引腳排列 1 主要特性與 MCS51 兼容 K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命 1000 寫(xiě)擦循環(huán)全靜態(tài)工作 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 IO 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路管腳說(shuō)明 VCC 供電電壓 GND 接地 P0 口 P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 IO 口每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)被定義為高阻輸入 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位在 FIASH編程時(shí) P0 口作為原碼輸入口當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí) P0 輸出原碼此時(shí) P0 外部必須被拉高 P1 口 P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 IO 口 P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門(mén)電流 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后被內(nèi)部上拉為高可用作輸入 P1 口被外部下拉為低電平時(shí)將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí) P1 口作為第八位地址接收 P2口 P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 IO 口 P2 口緩沖器可接收輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流當(dāng) P2 口被寫(xiě) 1 時(shí)其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高且作為輸入并因此作為輸入時(shí) P2口的管腳被外部拉低將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí) P2
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