【正文】 對比地，半步驅(qū)動方式的兩相電流圖如 圖 所示： 圖 半步驅(qū)動方式電流圖 由上圖看出，半步驅(qū)動方式描出的正弦波較之整步驅(qū)動 方式，有了改觀，提高了精度。 以下是這種的驅(qū)動方式的驅(qū)動相序： BB’→BB’ A’A→A’A→B’B A’A→ B’B→B’B AA’→AA’→ AA’ BB’ 如果需要反轉(zhuǎn)，只需按以上相序的逆向進(jìn)行通電即可。) ，即 √2/2 。如果定子合成的磁場變化太快，轉(zhuǎn)子跟隨不上，這時步進(jìn)電機(jī)就出現(xiàn)失步現(xiàn)象。 兩相步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部定子示意圖，為了使電 機(jī)的轉(zhuǎn)子能夠連續(xù)、平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動，定子必須產(chǎn)生一個連續(xù)、平均的磁場。 1．特性介于單拍驅(qū)動和整步驅(qū)動之間； 2．步進(jìn)角度是原來步進(jìn)角的一半； 3．最高的極限速度減小。 半步驅(qū)動 半步驅(qū)動 176。 P 1． 損耗功率??； 2． 步進(jìn)時容易產(chǎn)生錯亂 整步驅(qū)動 176。 下圖是步進(jìn)電機(jī)三種驅(qū)動方式的時序： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 三種驅(qū)動方式時序圖 上圖給我們顯示了三種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動方式，圖（ a）為單拍驅(qū)動時序 ，圖（ b） 為整步驅(qū)動時序，圖 （ c） 為半步驅(qū)動時序。(176。 對于半步驅(qū)動方式，電機(jī)是走一個半步，如對于一個步進(jìn)角是 176。 對于整步驅(qū)動方式，電機(jī)是走一個整步，如對于一個步進(jìn)角是 176。 驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的時序主要有單拍驅(qū)動 、 整步驅(qū)動 、半步驅(qū)動和微步驅(qū)動。硬件連接圖 如下： 圖 左步進(jìn)電機(jī)電路圖 為了給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片提供穩(wěn)定的電壓，設(shè)計濾波電路對電壓進(jìn)行濾波： 圖 濾波電路 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方式的 設(shè)計 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方式的選擇決定了步進(jìn)電機(jī)的運行狀態(tài)，運行質(zhì)量，運行的平穩(wěn)性。 硬件連接圖 3.16如下： 圖 右 步進(jìn)電機(jī)電路圖 步進(jìn)電機(jī) 微控制器 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 芯片 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 左電機(jī)和右電機(jī)相同 :步進(jìn)電機(jī)的 4 端分別接在 驅(qū)動芯片的輸出端 的 OUT1 OUT1 OUT2 OUT22，分別記它為 LA LA LB LB2。如 圖 所示： 圖 驅(qū)動模塊連接圖 先設(shè)計右 電機(jī)： 步進(jìn)電機(jī) 有 4 跟引線，分別代表四相， 記 4，把它分別接在 驅(qū)動芯片 的 輸出的 OUT1 OUT1 OUT2 OUT22 管腳 ，分別記它為 RA RA RB RB2。的轉(zhuǎn)彎，設(shè)計中小車 有 兩個步進(jìn)電機(jī) 配合轉(zhuǎn)動 ，所以需要兩個驅(qū)動芯片分別對兩個電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動 。 表 IN11/21 IN12/22 OUT11/21 OUT12/22 模式 L H H L 正向 H H L H 反向 L L 開路 開路 停止 H L 開路 開路 停止 BA6845FS 電氣曲線特性： 圖 電氣曲線特性 BA6845FS 三視圖 ： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 BA6845FS三視圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 需求分析 : 自動走迷宮小車 需要在迷宮中快速的進(jìn)行 90176。該 芯片 具有低輸出飽和電壓， 具有在 低電源電壓 驅(qū)動 電機(jī) 的 能力 。 ； 輸出最大電流： 1000mA； 輸出電壓： ～ ； BA6845FS 方框圖 : 圖 BA6845FS 方框圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 BA6845FS 是一個最大輸出 為 安培 的 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動 芯片 。 BA6845FS 數(shù)據(jù)參數(shù) 工作電壓： 12V； 功率損耗 :800mW； 工作溫度： 25176。細(xì)分能增加電機(jī)平穩(wěn)性，通常步進(jìn)電機(jī)都有低頻振動的特點，通過加大細(xì)分可以改善，使電機(jī)運行非常平穩(wěn)。 ： 供電電壓是判斷驅(qū)動器升速能力的標(biāo)志，常規(guī)電壓供給有： 24VDC、 40VDC、80VDC、 110VAC 等。/176。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電 路 設(shè)計 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動需求及其 芯片 選擇 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動需求分析 ： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 首先我們先看看我們所選的步進(jìn)電機(jī) ,我所選用的步進(jìn)電機(jī)是：PM35S048 永磁式步進(jìn)電機(jī) （步進(jìn)角 176。 電機(jī)的共振點：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式的共振區(qū)一般在 180250pps 之間（步距角 度）或在 400pps 左右（步距角為），電機(jī)驅(qū)動電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。 最大空載的運行頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是 不能解決的。 失步： 電機(jī)運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。用百分比表示：誤差 /步距角 *100%。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。 定位 轉(zhuǎn)矩 ：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的） 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。 θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù) J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒電機(jī)為例。常用 m表示。以機(jī)座號（電機(jī)外徑）可分為： 42BYG(BYG 為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號）、57BYG、 86BYG、 110BYG、（國際標(biāo)準(zhǔn)），而像 70BYG、 90BYG、 130BYG 等均為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。例如：四相，八相運行（ AABBBCCCDDDAA）完 全可以采用二相八拍運行方式 .不難發(fā)現(xiàn)其條件為 C=,D=. 一個二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。一個四相電機(jī)可以作四相運行，也可以作二相運行。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成， 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 步進(jìn)電機(jī)分類 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（ PM）、 混合式步進(jìn)電機(jī) （ HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。 (2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正 轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 (1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動 。它輸出的角位移與輸入的 脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。比如，當(dāng)人們說 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機(jī)。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn) 矩。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則 ‘ 相數(shù) ’ 將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 。 、五相的為 176。 、三相的為 176。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為176。 ），這個步距角可以稱之為 ‘ 電機(jī)固有步距角 ’ ，它不一定是電機(jī)實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。 （表示半步工作時為 176。電機(jī)出廠時給出了一個步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為176。 步進(jìn)電機(jī)是一種 感應(yīng)電機(jī) ，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這 種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時供電的，多相時序控制器 ?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 額定電壓 :12V 電阻 :50Ω 步進(jìn)電機(jī)簡介 概述： 步進(jìn)電機(jī)是將電 脈沖 信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。 步距角 :176。 經(jīng) 以上 計算 判斷 得知 ， 我設(shè)計的 自動走迷宮小車所 選 用的步進(jìn)電機(jī)是：PM35S048 永磁式步進(jìn)電機(jī) 。 米 選擇步進(jìn)電機(jī)時要避開共振點， 二、四相感應(yīng)子式的共振區(qū)一般在180250pps 之間（步距角 度）或在 400pps 左右（步距角為 度） ， 把 M= n/60 把 n=1000 轉(zhuǎn) /分鐘 帶入上式算出： Ω =105 度 /秒 BA6845FS 最大輸出為 安培 ，步進(jìn)電機(jī)選 12V，則 P=12W，把 P=12W 代入 P= Ω實際運行中轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到 2300 轉(zhuǎn) /分鐘 . 我們就選用 1000 轉(zhuǎn) /分鐘 為步進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。 但是那已經(jīng)沒有什么實際意義 。 ），設(shè)計題目中給出了驅(qū)動芯片為 BA6845FS，它的最大輸出電流時 1 安培，所以步進(jìn)電機(jī)的最大輸出電流應(yīng)小于 1安培。 米 P=2πfM/400( 半步工作） 其中 f為每秒脈沖數(shù)（簡稱 PPS) 步進(jìn)電機(jī)選擇： 小車選用 2 相 4 線制步進(jìn)電機(jī)，步距角為 度 / 度 （ 兩相步進(jìn)電機(jī)在西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 定子上只有兩個繞組，有四根出線，整步為 176。M Ω=2π直接起動時（一般由低速）時二種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(fù)載，恒速運行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 度 / 度（五相電機(jī)）、 / 度（二、四相電機(jī)）、 度 /3度（三相電機(jī)）等。 步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。 步進(jìn)電機(jī)模塊設(shè)計及功能 步進(jìn)電機(jī) 需求分析和 選取原則 步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。； 更好的燈光效果：匹配的電流輸出確保均勻的顯示亮度。；小封裝： GPIO 器件提供最小的封裝尺寸 ― 3mm x 3mm QFN! ；低成本：您不用為沒有使用的功能買單！ ； 快速上市：不需要編寫額外的代碼、文檔，不需要任何維護(hù)工作！ ； 靈活的燈光控制： 內(nèi)置多路高分辨率的 PWM 輸出。 GPIO 的優(yōu)點 (端口擴(kuò)展器 ) ： 低功耗： GPIO 具有更低的功率損耗 (大約 1μA ， μC 的工作電流則為100μA) 。 GPIO 電路 圖 GPIO電路 當(dāng)微控制器或芯片組沒有足夠的 I/O 端口，或當(dāng)系 統(tǒng)需要采用遠(yuǎn)端串行通信或控制時， GPIO 產(chǎn)品能夠提供額外的控制和監(jiān)視功能。 UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步接收 /發(fā)送裝置， UART 是一個并行輸入成為串行輸出的 芯片 ，通常集成在 主板 上 。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 JTAG 接口芯片 ,引腳的定義為： TCK 為測試時鐘輸入； TDI 為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過 TDI 引腳輸入 JTAG 接口； TDO 為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過 TDO 引腳從JTAG 接口輸出； TMS 為測試模式選擇， TMS 用來設(shè)置 JTAG 接口處于某種特定的測試模式； TRST 為測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用 JTAG 編程，從而大大加快工程進(jìn)度。通過這個標(biāo)準(zhǔn)，可對具有 JTAG 接口的芯片的硬件電路進(jìn)行邊界掃描和故障檢測。 圖 晶振電路 圖 晶振全程是叫晶體震蕩器，在系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生系統(tǒng)所必須的時鐘頻率，一切指令的 執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那系統(tǒng)的運行速度也就越快。的 Thumb2 專用指令集處理器內(nèi)核，可提高代碼密度 － 50MHz 操作 － 硬件除法和單周期乘法 － 集成了嵌套向量中斷控制器以提供明確的中斷處理 － 29 個中斷，帶 8 個優(yōu)先級 － 內(nèi)存保護(hù)單元 (MPU)提供一個特權(quán)模式用于受 保護(hù)的操作系統(tǒng)功能 － 非對齊式的數(shù)據(jù)訪問，使數(shù)據(jù)可以有效地壓縮到內(nèi)存中 －