【正文】 最后還要感謝大學(xué)年來所有的老師，為我們打下專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。 致謝 本設(shè)計是在張懷宇老師的精心指導(dǎo)下完成的，在設(shè)計過程中，老 師提供了大量的設(shè)計資料，給予了無微不至的關(guān)懷與幫助。 本論文的一些創(chuàng)新之處： 1 采用遙控器進(jìn)行運(yùn)行方式的控制。對步進(jìn)電機(jī)傳統(tǒng)的和新型的各種驅(qū)動方式進(jìn)行了分析和比較。 2 工作電流范圍檢測：測試結(jié)果表明電機(jī)工作電流在 5A 以下均能正常工作。 主要測試內(nèi)容包括：工作電壓范圍檢測；工作電流范圍檢測；電機(jī)正 /反轉(zhuǎn)經(jīng)測試論證，結(jié)果表明該驅(qū)動器基本滿足設(shè)定的功能要求，性能良好。 圖 16 電源電路 4 軟件設(shè)計 主機(jī) LCD 顯示菜單程序 圖 17 主機(jī) LCD 顯示菜單程序 雙機(jī)通訊程序 圖 18 發(fā)送程序 圖 19 接收程序 下位機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動程序 圖 20 從機(jī)程序 圖 21 從機(jī)中斷程序 5 驅(qū)動器試驗結(jié)果 這章 節(jié)主要是列出幾組所測試的混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的相關(guān)波形圖，以及一些主要的分析結(jié)果。 LM2575 系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下： ●最大輸出電流： 3A； ●最高輸入電壓： LM257 為 40V， LM257HV 為 60V； ●輸出電壓： 、 5V、 12V、 15V 和 ADJ（可調(diào)）等可選； ●振頻率： 52kHz； ●轉(zhuǎn)換效率： 75%～ 88%（不同電壓輸出時的效率不同）； ●控制方式： PWM； ●工作溫度范圍： 40 ～ +125 ●工作模式：低功耗 /正常兩種模式可外部控制； ●工作模式控制： TTL 電平兼容； ●所需外部元件：僅四個 （不可調(diào)）或六個（可調(diào)）； ●器件保護(hù)：熱關(guān)斷及電流限制； ●封裝形式： TO220 或 TO263。在 50Ω外接電阻上并聯(lián)一個 200μ F 電容，可以改善注入步進(jìn)電機(jī)繞 組的電流脈沖前沿，提高了步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。圖中 L1 為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組。 雙擊通信也稱為點對點的通信，用于雙機(jī)冗余控制單片機(jī)和單片機(jī)之間交換信息，也用于單片機(jī)和通用微機(jī)間的信息交流。 利用上述功能可方便地實現(xiàn)漢字、 ASCII 碼、點陣圖形、自造 字體的同屏顯示，所有這些功能（包括顯示 RAM、字符產(chǎn)生器以及液晶驅(qū)動電路和控制器）都包含在集成電路芯片里，因此，只要一個最基本的微處理系統(tǒng)就可以通過 ST7920芯片來控制其它的芯片。在中斷服務(wù)子程序中安排從輸入端口讀取這 4 位數(shù)據(jù)（ HD0HD3）。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。 紅外接收電路 紅外接收設(shè)備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應(yīng)用電路組成。 MC145026 的引腳 A1A5為地址輸入端，每一位都可設(shè)定為 0， 1 和“開路” 3 個狀態(tài) 。電路原理圖如圖 10 所示： 圖 10 遙控器發(fā)射電路 圖中 74LS147 是優(yōu)先編碼器。當(dāng)編碼調(diào)制信號為高時，有載波信號輸出；但編碼調(diào)制信號為低時，載波信號不輸出。紅外線遙控器已被廣泛使用在各種類型的家電產(chǎn)品上，它的出現(xiàn)給使用電器提供了很多 的便利。本系統(tǒng)便采用了此款單片機(jī)。系統(tǒng)的框圖如圖 7 所示： 圖 7 系統(tǒng)框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)集成度高，具有豐富的內(nèi)部資源，再加上少量的外圍擴(kuò)展電路就可以構(gòu)成體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)且性價比高的控制系統(tǒng)。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。因此，為克服步進(jìn)電機(jī)在高頻時牽出轉(zhuǎn)矩下降的問題，很多文獻(xiàn)提出了一些新的恒流斬波驅(qū)動設(shè)計。其電路結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。其優(yōu)點是：功耗小，啟動轉(zhuǎn)矩大，高頻性能較好。為了解決這些問題，又產(chǎn)生了高低壓驅(qū)動電路。單電壓驅(qū)動電路的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單、元件少、成本低、可靠性高。但由于二相繞組的電流同時流經(jīng)一個功率管，每個開關(guān)管的電流最大時約為相電流的二倍，即為 H 橋驅(qū)動或星型接法驅(qū)動時的二倍。采用多相橋式電路時，電機(jī)相繞組間通常為星形或多邊形聯(lián)接，圖 3 是三相混合式步進(jìn)電機(jī)繞組二種聯(lián)接的例子。 Dl， D2， D3 和 D4四個二極管組 成續(xù)流回路。而且電機(jī)引線過多，兩相電機(jī)需要六個引出端，三相電機(jī)需要 9 個引出端 ，五相電機(jī)則需要 15個引出端，使得單極性驅(qū)動器與三、五相電機(jī)之間連線太復(fù)雜，因此僅用于兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。 雙極性驅(qū)動器與單極性驅(qū)動器 混合式步進(jìn)電機(jī)要求雙極性供電，也就是要求電機(jī)勵磁繞組有時通 正向電流，有時通反向電流。 所以，根據(jù)以上的特點，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器必須要保證步進(jìn)電機(jī)繞組有足夠的電壓、電流和正確的波形，而且同時要保證驅(qū)動器功率放大器件安全運(yùn)行，還應(yīng)有較高的效率、較小的功耗、較低的成本，這就要求選用合適的 功率器件合理設(shè)計線路。 5 電機(jī)繞組中有電感電勢、互感電勢、旋轉(zhuǎn)電勢。為使電流盡快衰減，必須設(shè)計適當(dāng)?shù)睦m(xù)流回路。多數(shù)電機(jī)繞組都是連續(xù)的交流或直流供電，而步進(jìn)電機(jī)各相繞組都是脈沖式供電，所以繞組電流不是連續(xù)的而是斷續(xù)的?？刂齐?路輸出的信號功率很低，不能提供步進(jìn)電機(jī)所需的輸出功率，必須進(jìn)行功率放大，這就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的功率驅(qū)動部分。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、升速或降速、啟動或停止都完全取決于脈沖的有無或頻率的高低。 2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的方案論證 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)簡介 步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備―步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。 3 驅(qū)動器的采用分立元件組成單電壓驅(qū)動來驅(qū)動單極性步進(jìn)電機(jī)用 H 橋驅(qū)動雙極性步進(jìn)電機(jī)，因此只用一路電源，使系統(tǒng)設(shè)計極為簡化。由于繞組的電流變化幅度也大大減小，從而極大的改善步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，提高勻速性，減輕甚至消除振蕩。因而系統(tǒng)效率、運(yùn)行特性等都有了 明顯改善。這種方式由于電流波形得到了很大改善，電機(jī)的矩頻特性較好，起動和運(yùn)行頻率得到了較大提高。當(dāng)電機(jī)和負(fù)載己經(jīng)確定之后，整個驅(qū)動系統(tǒng)的性能就完全取決于驅(qū)動控制方法。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng) 概述 步進(jìn)電機(jī)的工作必須使用專用設(shè)備―步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。如果阻尼較小，這種運(yùn)動是一個衰減的振蕩過程，轉(zhuǎn)子是按自由振蕩頻率振蕩幾次才衰減到新的平衡位置而停止下來。有多種情況會產(chǎn)生失步，比如起動或停止頻率超過突跳頻率，電機(jī)高速運(yùn)行的脈沖頻率超過了最大運(yùn)行頻率，所帶負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過了起動轉(zhuǎn)矩，共振等。 不能直接使用普通的交直流電驅(qū)動，而必須使用專用設(shè)備 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。 （ 3）高可靠性： 不使用電刷，電機(jī)的壽命長，僅取決于軸承的壽命。其中混合式步進(jìn)電機(jī)兼有反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點，它的應(yīng)用越來越廣泛。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度 即步距角 。本文采用控制電路主要由 AT89C51 單片機(jī)、晶振電路、地址鎖存器、譯碼器、液晶顯示電路組成，單片機(jī)是控制系統(tǒng)的核心。文中對整個系統(tǒng) 的架構(gòu)及硬件電路和驅(qū)動軟件的實現(xiàn)都做了詳細(xì)的介紹。脈沖輸入越多，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度就越多；輸入脈沖的頻率越高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快。 步進(jìn)電機(jī)的特征 步進(jìn)電機(jī)具有自身的特點，歸納起來有： （ 1）位置及速度控制簡便： 步進(jìn)電機(jī)在輸入脈沖信號時，可以依輸入的脈沖數(shù)量做固定角度的旋轉(zhuǎn)而得到靈活的角度控制 位置控制 。 （ 4）具定位保持力矩： 永磁式、混合式步進(jìn)電機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)下 無脈沖信號輸入時 ，仍具有勵磁保持力矩，故即使不靠機(jī)械式的剎車，也能做到停止位置的保持。 輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。通過改善驅(qū)動器的性能，可以減小運(yùn)行中失步的可能。每來一個脈沖，轉(zhuǎn)子都從新的轉(zhuǎn)矩曲線的躍變中獲得一次能量的補(bǔ)充，這種能量越大，振蕩越厲害。驅(qū)動器針對每一個步進(jìn)脈沖，按一定的規(guī)律向電機(jī)各相繞組通電 勵磁 ，以產(chǎn)生必要的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運(yùn)動。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方式的發(fā)展先后有單電壓驅(qū)動、高低壓驅(qū)動、斬波恒流驅(qū)動、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動和細(xì)分驅(qū)動等 . 1 單電壓驅(qū)動：主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低，通常在繞組回路 中串接電阻，以改善電路的時間常數(shù)來提高電機(jī)的高頻特性。但由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)反電勢、相間互感等因素的影響易使電流波形的