【文章內容簡介】 大時約為相電流的二倍，即為 H 橋驅動或星型接法驅動時的二倍。這兩種接法共同的特點在于，電機三相電流不是獨立可調的，根據(jù)基爾霍夫定理，電機三相電流必須滿足一個約束方程： 0??? cba III 圖 3 三相電機多相橋驅動的三角形和星形接 法 單電壓驅動方式 單電壓驅動方式是指步進電機繞組上加上恒定的電壓 V，這種驅動方式的電路相當簡單，流經繞組中的電流以時間常數(shù) L/R(L 為繞組的電感， R 為繞組的電阻 )上升，直到達到額定電流 I=V/R。當電機高速運行時，流經繞組的電流還未上升到額定電流就被關斷，相應的平均電流減少而導致輸出轉矩下降。為改善高速運行的電機轉矩特性，通常在連接電機繞組的線路中串聯(lián)一個無感電阻來減少電氣時間常數(shù)，同時成比例的增加電源電壓以保持額定電流不變 (圖 4)。單電壓驅動電路的優(yōu)點是電路結構簡單、元件少、成本低、可靠性 高。缺點是串入電阻將加大功耗，降低功放電路的功率， 9 必須具備相應的散熱條件才能保證電路穩(wěn)定可靠的工作。所以這種電路一般僅適合于驅動小功率步進電機或對步進電機運行性能要求不高的情況。 圖 4 單電壓驅動 高低壓驅動方式 為了改善驅動器的高頻特性，就必須提高導通電流的前沿，即提高電源電壓，但是電壓提高的同時也會使相繞組電流增大，必須加限制電阻，加入電阻后又會引起發(fā)熱，加劇功率的損耗，降低效率。為了解決這些問題，又產生了高低壓驅動電路。 高低壓驅動的設計思想是不論電動機的工作頻率如何，在導通相的前沿 用高電壓供電來提高電流的前沿上升率，而在前沿過后用低電壓來維持繞組的電流。高低壓驅動的原理線路如圖 5 所示。 10 圖 5 高低壓驅動電路原理圖 圖 6 斬波驅動電路原理圖 1— 整形電路 2— 脈沖分配器 3— 控制門 4— 高壓前置放大器 5— 低壓前置放大器 高低壓驅動可保證在很寬的頻段內繞組都有較大的平均電流，在截止時又能迅速釋放，能夠產生較大的且較穩(wěn)定的電磁轉矩。其優(yōu)點是：功耗小，啟動轉矩大，高頻性能較好。但是也存在著低頻振蕩加劇，波形呈凹形，驅動電源和大功率管數(shù)量加倍，成本上升的 缺點。 斬波恒流驅動 恒流斬波驅動控制技術是目前步進電機控制的主流技術之一，斬波電路的出現(xiàn)是為了彌補高低壓驅動電路波形呈凹形的缺陷，使電機的輸出轉矩的平均值基本恒定。同時電機的高頻響應得以提高，共振現(xiàn)象減弱。其電路結構如圖 6 所示。 斬波驅動中，雖然電路較復雜，但是由于驅動電壓較高，電機繞組回路又沒有串入電阻，整個系統(tǒng)功耗下降很多，所以電流上升快。當達到所需要的電流時，由于取樣電阻的反饋作用，使繞組電流基本恒定，從而保證在很大的頻率范圍內電動機的輸出轉矩基本恒定。而輸出轉矩是步進電機的一個重要性能 指標，當我們使電機的繞組電流恒定在一個較高的數(shù)值時，就可提升電機的輸出轉矩。因此，為克服步進電機在高頻時牽出轉矩下降的問題，很多文獻提出了一些新的恒流斬波驅動設計。但是，恒流斬波技術不能解決步進電機本身所固有的低頻振動問題，無法克服步進電機因受步距角限制而不能實現(xiàn)多種步距角控制的缺陷。只有與單拍和雙拍運行時相對應的兩種 11 步距角。 方案的確定 對比上面的各種方案方案，各有各自的優(yōu)缺點。電流滯環(huán)型由于不需要三角載波環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)實現(xiàn)起來比較簡單。而固定開關頻率型在電磁噪聲和輸出電流諧波方面具有優(yōu)勢。在實際的步進電機驅動電路中考慮到成本和驅動電路精度要求的問題，雙極性步進電機采用 H 橋驅動，單極性步進電機采用分立元件構成的驅動電路驅動。 12 3 混合式步進電動機驅動控制系統(tǒng)硬件設計 本章在以上章節(jié)的理論分析基礎上，充分從實踐的角度出發(fā)，主要介紹了該混合式步進電機驅動器的硬件設計部分，對硬件電路的總體設計方案及每個主要組成部分的功能及實現(xiàn)方法進行了詳細的論 述和分析。系統(tǒng)的框圖如圖 7 所示： 主 機遙 控 器液 晶 顯示從 機步 進 電機 圖 7 系統(tǒng)框圖 單片機最小系統(tǒng) 單片機集成度高，具有豐富的內部資源，再加上少量的外圍擴展電路就可以構成體積小、可靠性高、控制功能強且性價比高的控制系統(tǒng)。 Intel 公司一直致力于單片機的開發(fā)研究，不斷推出了許多功能更多，使用更方便的單片機系列， 1980 年在 MCS48的基礎之上推出了完善的、典型的單片機系列 MCS51。與 MCS48 系列相比， MCS51系列單片機有更高的集成度，更豐富的指令系統(tǒng)，更好的可擴 展性，以后好多系列的的單片機都是基于 51 核的。 8051 單片機是 MCS51 系列單片機中最基礎的單片機型號，廣泛應用己各個工程領域。本系統(tǒng)便采用了此款單片機。圖 8 給出了它的最小系統(tǒng)電路圖。 13 圖 8 單片機最小系統(tǒng) 紅外遙控電路 紅外線屬于不可見光。與可見光不同，其波長為 85011000nm，是人眼看不見的光線。紅外線遙控器已被廣泛使用在各種類型的家電產品上，它的出現(xiàn)給使用電器提供了很多 的便利。紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設備兩大部分組成。 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射裝置可由鍵 盤電路、紅外編碼芯片、電源和紅外發(fā)射電路組成。該電路采用調幅方式，載波信號頻率采用最常用的 38KHZ。當編碼調制信號為高時，有載波信號輸出；但編碼調制信號為低時，載波信號不輸出。已調制的信號為斷續(xù)的等幅信號（調制載波信號），信號波形如圖 9 所示。 圖 9 信號波形圖 調制信號時將指令編碼后輸出的信號。用 MC145026 做編碼器。電路原理圖如圖10 所示： 14 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 6 J u n 2 0 0 8 S h e e t o f F i l e : G : \ P r a y a y a V 3 \ M y D o c u m e n t s \ 畢業(yè)設計 Y X L \ 電路圖 \ 我的畢業(yè)設計 . d d bD r a w n B y :12345678161514131211109R P 2R E S P A C K 4213S W 1213S W 2 213S W 3 213S W 4 213S W 5 213S W 6 213S W 7 213S W 8 12345109876S1S W D I P 5A11A22A33A44A55A / D 66A / D 77A / D 88A / D 99RS11C T C12R T C13TE14D o u t15VCC16G N D8U1M C 1 4 5 0 2 6T R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7VCC8G N D1U3N E 5 5 5Q19 0 1 4Q29 0 1 4L1P H 3 0 3L2P H 3 0 3BT1B A T T E R YBT2B A T T E R YDPNR11 0 KR22 0 0 RR31 0 KR41 0 KR51KR61KR71 0 0 KR85 0 KC15 1 0 0 p FC21 0 0 0 p FC P 1CAPC P 2CAPC P 3CAP12J1P O W E RR 1 01 0 KVCCVCCVCCVCCVCCVCC1112123134152637485910A9B7C6D14VCC16G N D8NC15U27 4 L S 1 4 7SW+ 6 VVCCVCCR E S E TR E S E T+ 5 V 圖 10 遙控器發(fā)射電路 圖中 74LS147 是優(yōu)先編碼器。從 8 條數(shù)據(jù)線（ 2SW12SW8）輸入的開關狀態(tài)信號被 74LS147 編碼為 4 線 BCD 碼（ 8421），再送 MC145026，形成串行編碼信號輸出到 NE555，產生調制、載波輸出。圖中 R1， C2 和電位器 D1 配合 NE555 產生 38KHZ的載波信號。 MC145026 發(fā)送串行編碼脈沖。 MC145026 的引腳 A1A5 為地址輸入端，每一位都可設定為 0， 1 和“開路” 3 個狀態(tài)。圖中僅采用了 0 和“開路”這兩個狀態(tài)， MC145026 的地址設置應與解碼器 MC145027 配對，否則不能解碼。 紅外發(fā)射電路板用 4 節(jié) 5 號電池供電。紅外發(fā)射電路板到接收器（在主板上）的距離應在 10m 以內，以保證信號的可靠收 /發(fā)。 15 紅外接收電路 紅外接收設備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應用電路組成。接收振蕩頻率應與發(fā)射振蕩頻率相同?？紤]到用集成電路（ HS0038A2）做紅外接收頭，其載波頻率為 38KHZ。與 MC145026 編碼器配套的解碼器為 MC145027。接收電路原理圖如圖 11 所示： 圖 11 遙控器接收電路 圖中 HS0038A2 是集成紅外接收頭。因為它的輸出信號與解碼器的輸入信號反向，故加三極管 Q1 作為反相器。當 MC145027 收到信號并解碼成功后，其 VT 端出現(xiàn)高電平，同時輸出解碼后的 4 位數(shù)據(jù)（ HD0HD3）。將 VT 信號反向，即可產生中斷信號（ INT0），向 CPU 申請中斷。在中斷服務子程序中安排從輸入端口讀取這 4位數(shù)據(jù)（ HD0HD3）。 LCD 顯示電路 ST7920 是臺灣矽創(chuàng)電子公司生產的中文圖形控制芯片，它是一種內置 12864－12 漢字圖形點陣的液晶顯示控制模塊，用于顯示漢字及圖形。該芯片共內置 8192 個中文漢字（ 1616 點陣）、 128 個字符的 ASCII 字符庫（ 816 點陣）及 64256 點陣顯示 RAM（ GDRAM）。 為了能夠