基于51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制-設(shè)計(jì)報(bào)告(說(shuō)明書(shū))及源程序-展示頁(yè)
2025-07-07 00:16本頁(yè)面
【正文】 301014011051010表1二 方案設(shè)計(jì)與論證該系統(tǒng)中只運(yùn)用到三個(gè)控制按鈕，即 “正反”，“換擋”，“啟停”，由于按鈕較少，所以采用獨(dú)立鍵電路，這種按鍵電路的按鍵結(jié)構(gòu)相對(duì)行列式按鍵電路更簡(jiǎn)單，更使人易懂。它的驅(qū)動(dòng)電壓是固定的。每相用雙極性晶體管驅(qū)動(dòng)，并且連接的極性要正確。一般來(lái)說(shuō)，這類電機(jī)具有四相繞組，有八個(gè)獨(dú)立的引線終端，如圖2a所示。例如它的轉(zhuǎn)子嵌有永磁鐵。但工作原理與圖1所示的可變磁阻型同步電機(jī)相同。表示電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要24步。它們之間的相互關(guān)系，可由下式計(jì)算：Lθ＝360 PN式中：Lθ為步長(zhǎng)；P為相數(shù)；N為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。電機(jī)步長(zhǎng)(步距角)是步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)之一，不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)步長(zhǎng)大小的要求不同。一種為反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。下一步是C相被激勵(lì)。從這個(gè)位置再對(duì)B相進(jìn)行激勵(lì)，如圖1中的(b)，轉(zhuǎn)子向反時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15176。為使磁通路徑最短，在磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)迫移動(dòng)，使最近的一對(duì)齒與被激勵(lì)的一相對(duì)準(zhǔn)。八個(gè)齒構(gòu)成四對(duì)，所以稱為四相步進(jìn)電機(jī)。這種電機(jī)定子上有八個(gè)凸齒，每一個(gè)齒上有一個(gè)線圈。可在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反 轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等，這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)2．過(guò)載性好 其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合；3．控制方便 步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計(jì)算機(jī)控制帶來(lái)了很大的方便，反過(guò)來(lái)，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也為步進(jìn)電機(jī)開(kāi)辟了更為廣闊的使用市場(chǎng)；4．整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。 步進(jìn)電機(jī)的種類步進(jìn)電機(jī)分永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）、和混合式（HB）三種。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。一 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路 什么是步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小， 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動(dòng)都很大。它又分為兩相和五相： 。 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)1．精度高 一般的步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的35%，且不累積。 步進(jìn)電機(jī)的原理圖1是一種四相可變磁阻型的步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。線圈繞組的連接方式，是對(duì)稱齒上的兩個(gè)線圈進(jìn)行反相連接，如圖中所示。圖1 它的工作過(guò)程是這樣的：當(dāng)有一相繞組被激勵(lì)時(shí)，磁通從正相齒，經(jīng)過(guò)軟鐵芯的轉(zhuǎn)子，并以最短的路徑流向負(fù)相齒，而其他六個(gè)凸齒并無(wú)磁通。在圖1(a)中A相是被激勵(lì)，轉(zhuǎn)子上大箭頭所指向的那個(gè)齒，與正向的A齒對(duì)準(zhǔn)。若是D相被激勵(lì)，如圖1中的(c)，則轉(zhuǎn)子為順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15176。因?yàn)镃相有兩種可能性：A—B—C—D或A—D—C—B。但每步都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)15176。改變控制繞組數(shù)(相數(shù))或極數(shù)(轉(zhuǎn)子齒數(shù))，可以改變步長(zhǎng)的大小。在圖1中，步長(zhǎng)為15176。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 混和步進(jìn)電機(jī)的工作原理 在實(shí)際應(yīng)用中，最流行的還是混和型的步進(jìn)電機(jī)。但結(jié)構(gòu)上稍有不同。激勵(lì)磁通平行于X軸。或者接成兩個(gè)三端形式，如圖2b所示。圖3所示的電路為四相混和型步進(jìn)電機(jī)晶體管驅(qū)動(dòng)電路的基本方式。表1列出了全部步進(jìn)開(kāi)關(guān)的邏輯時(shí)序。，采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)與個(gè)項(xiàng)參數(shù)，方法簡(jiǎn)單，容易控制，成本低。驅(qū)動(dòng)電路的性能直接關(guān)系到步進(jìn)電機(jī)走步的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。ULN2803是一種大電流高電壓型器件，外電路簡(jiǎn)單（）。即步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。硬件方法是采用脈沖分配器芯片進(jìn)行通用換相控制；而軟件方法是用單片機(jī)產(chǎn)生控制脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，這種方法可簡(jiǎn)化電路，降低成本。由于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流一般都比較小，不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，所以單片機(jī)的I/O口輸出必須接驅(qū)動(dòng)電路，即功率驅(qū)動(dòng)，才得以控制電機(jī)正常工作。其相序AABBBCCCDDDA
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