【正文】 、脈沖分配和功率驅(qū)動三大部分。脈沖信號發(fā)生部分能夠精確輸出脈沖數(shù)量和頻率，因此能夠準確地控制步進電機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。這種使電動機繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分就使脈沖分配部分。另外，為了防止干擾，脈沖分配送出的脈沖還需要進行光電隔離。本電路主要是由以下的器件組成，：其中電路原理圖（見附錄A）這個放大器與作為反饋元件的片外石英或陶瓷震蕩器一起構(gòu)成自激震蕩器震蕩電路如圖。對外接電容CC2雖然沒有非常嚴格的要求，但電容的大小會輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩工作的穩(wěn)定性、起震的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦使用30pF177。10pF。在這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，既內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2懸空。當(dāng)電信號送人光電耦合器的輸入端時，發(fā)光二極管通過電流 而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，CE導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止，CE不通。若基極有出線則可滿足溫度補償、檢測調(diào)制要求。光電耦合器之所以在傳輸信號的同時能有效地抑制尖脈沖和各種噪聲干擾，使通道上的信號噪聲比大為提高，主要有以下幾方面的原因：(1)光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105～106。(2)光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾噪聲都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。因為光耦合器件的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏的高壓。 MAX232的介紹MAX232是電壓轉(zhuǎn)換芯片，將ttl電平轉(zhuǎn)換成可以和電腦串口匹配的電壓MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS232標準串口設(shè)計的接口電路,使用+5v單電源供電。在接受方面，MAX232從線路上接受10V信號，經(jīng)過內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成+5V電平。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個電源，提供給RS232串口電平的需要。由11114腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。第三部分是供電。 PCB板的生成 此硬件部分是建立在protel99的環(huán)境下工作的。第一：前期準備。要做出一塊好的板子，除了要設(shè)計好原理之外，還要畫得好。元件庫可以用Peotel 自帶的庫，但一般情況下很難找到合適的，最好是自己根據(jù)所選器件的標準尺寸資料自己做元件庫。PCB的元件庫要求較高，它直接影響板子的安裝；SCH的元件庫要求相對比較松，只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應(yīng)關(guān)系就行。之后就是原理圖的設(shè)計，做好后就準備開始做PCB設(shè)計了。這一步根據(jù)已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項機械定位，在PCB 設(shè)計環(huán)境下繪制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關(guān)、螺絲孔、裝配孔等等。第三：PCB布局。這時如果前面講到的準備工作都做好的話，就可以在原理圖上生成網(wǎng)絡(luò)表（DesignCreate Netlist），之后在PCB圖上導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表（DesignLoad Nets）。然后就可以對器件布局了。優(yōu)化布線后，如果什么需要修改之后，就可以鋪銅了（Placepolygon Plane）。時對于絲印，要注意不能被器件擋住或被過孔和焊盤去掉。第五：制版。 步進電動機的結(jié)構(gòu)分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子本身沒有勵磁繞組的叫做“反應(yīng)式步進電動機” ；用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子的叫做“永磁式步進電動機” 。定子由硅鋼片疊成。每對磁極都纏有同一繞組，也即形成一相，這樣3對磁極有3對繞組，形成3相。每個磁極內(nèi)表面都分布著很多小齒，它們大小相同間距相同。由于小齒的齒距相同，所以不管是定子還是轉(zhuǎn)子，其齒距角都可以計算如下： （）式中：Z——轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 步進電動機由轉(zhuǎn)子和定子組成。轉(zhuǎn)子是硅鋼片等軟磁材料迭合成的帶齒廓形狀的鐵心。當(dāng)A、B、C三對磁極的繞組依次輪流通電，則A、B、C三對磁極依次產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。4兩齒與B、C兩磁極相對錯開。3兩齒與C、A兩磁極相對錯開。4兩齒與A、B兩磁極相對錯開。 反應(yīng)式步進電機的步進方式反應(yīng)式步進電機的步進方式可以有三種：單三拍、雙三拍、六拍。如果步進電動機定子磁極通電相序按A→C→B…進行，則轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。所謂“單”是指每次只有一相繞組通電的意思。(2)雙三拍工作方式三相步進電機的各相除了采用單三拍方式通電工作外，還可以有其他通電方式。雙三拍的工作方式是：每次對兩相同時通電，即所謂的“雙”；磁場旋轉(zhuǎn)一周需要換相三次，即所謂“三拍”，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距角，這與但三拍是一樣的。(3)六拍工作方式六拍工作方式也是步進電機的另一種通電方式。步進電機的正轉(zhuǎn)通電順序為：A→AB→B→BC→C→CA；反轉(zhuǎn)通電順序為：A→AC→C→CB→B→BA。這是與單三拍和雙三拍最大的區(qū)別。 步進電動機的主要性能指標1. 步矩角步矩角是指每給一個電脈沖信號，電動機轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過角度的理論值，它是步進電機的主要性能指標之一。它的大小直接影響步進電機的起動和運行頻率。 2. 轉(zhuǎn)矩 1）保持轉(zhuǎn)矩（或定位轉(zhuǎn)矩）是指繞組不通電時電磁轉(zhuǎn)矩的最大值或轉(zhuǎn)角不超過一定值時的轉(zhuǎn)矩值。 2）靜轉(zhuǎn)矩 是指不改變控制繞組通電狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)情況下的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)繞組內(nèi)的電流值不變時，靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性。 通常取 Tst=TLmax/（~） （）以便有相當(dāng)?shù)牧貎π睢?. 響應(yīng)頻率在某一頻率范圍，步進電機可以任意運行而不丟失一步，則這一最大頻率稱為響應(yīng)頻率。對于一定的步進電機及驅(qū)動器，起動頻率的值與負載的大小有關(guān)，負載的大小包含負載轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)動慣量兩個方面的意義。它的值也與負載的大小有關(guān)。 1. 矩角特性 矩角特性是反映步進電機電磁轉(zhuǎn)矩T隨偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)子有負載作用時，轉(zhuǎn)子齒就要偏離初始位置，由于磁力線有力圖縮短的傾向，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，直到這個轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡。若用電度角θe表示偏轉(zhuǎn)角，則由于定子每相繞組通電循環(huán)一周，對應(yīng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過一個齒矩角，故電度角是空間角度的z倍，即θe=zθ。此曲線可近似的用一條正弦曲線表示，如圖所示。步進電機的負載轉(zhuǎn)矩必須小于最大靜轉(zhuǎn)矩，否則，根本帶不動負載。因此，這一特性反映了步進電機帶負載的能力，通常在技術(shù)數(shù)據(jù)中都有說明，它是步進電機的最主要的性能指標之一。 (1)穩(wěn)定區(qū)。在外力矩作用下步進電動機轉(zhuǎn)子偏離一角度日θe (θe為用電角度表示的定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線之夾角)，只要滿足—π＜θe＜π，當(dāng)外力矩消失后，在步進電動機自身的電磁力矩作用下轉(zhuǎn)子仍能回到原平衡點O，將—π至π區(qū)間稱為步進電動機的靜穩(wěn)定區(qū)。在改變通電狀態(tài)前或改變過程中，只要轉(zhuǎn)子的步進角θe滿足(—π十θbe)＜θe＜(π十θbe)。 到達O1時，由于轉(zhuǎn)子積累的動能使其沖過平衡點繼續(xù)轉(zhuǎn)動，這時轉(zhuǎn)子受到與轉(zhuǎn)角相反方向的電磁力矩作用(負電磁力矩)，試圖將轉(zhuǎn)子拉回到O1點，轉(zhuǎn)子開始減速為零。同理，當(dāng)返回到O1時，由于積累的動能使轉(zhuǎn)子又反方向沖過O1點，在正電磁力矩作用下又可返回新平衡點O1。 Te=Tmsin（θbe—θe）=Tm（θbe—θe） （）式中：Tm為電磁力矩最大值。當(dāng)要求步進電動機起動到大于起動頻率的工作頻率f時，速度必須上升；當(dāng)從最高工作頻率fmax一或高于起動頻率的工作頻率f停止時，速度必須下降。 當(dāng)脈沖信號頻率很低時，控制脈沖以矩形波輸入，電流波形比較接近于理想的矩形波。在開始通電瞬間，由于電流不能突變，其值不能立即升起，故使轉(zhuǎn)矩下降，使起動轉(zhuǎn)矩減小，有可能起動不起來。如果脈沖頻率很高，則電流還來不及上升到穩(wěn)定值I就開始下降，于是，電流的幅值降低。故頻率過高會使步進電動機起動不了或運行時失步而停機。在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。240*25=6000個脈沖/ 分（100脈沖/s），推出1000ms/100=10ms/脈沖。如果脫離了驅(qū)動電路來談步進電機的性能是不恰當(dāng)?shù)?，所以我們先了解步進電機的驅(qū)動方式，步進電機的驅(qū)動方式有多種，我們可以根據(jù)實際的需要來選用合適的驅(qū)動方式。：電路中的限流電阻R1決定了時間常數(shù)(步進電機的勵磁繞組是一個電感線圈，其電感L和回路總電阻R總之比稱為電機驅(qū)動回路的時間常數(shù))，但R1太大會使繞組供電電流減小?？稍赗1兩端并聯(lián)一個電容以使電流的上升波形變陡，來改善高頻特性。這種驅(qū)動方式的優(yōu)點是：電路簡單；缺點：R1在工作中要消耗一定能量，所以電路損耗大，效率低。雙電壓法的基本思路是：在低頻段使用較低的電壓驅(qū)動，在高頻段用較高的電壓驅(qū)動。這時電動機的繞組低電壓VL供電，控制脈沖通過T2使繞組得到低壓脈沖電源。這時二極管D2方向截止，切斷低電壓電源VL，電機繞組由高電壓VH供電，控制脈沖通過 T2使繞組得到高壓脈沖電源。 高低壓法的基本思路是：不論電動機工作的頻段如何，在繞組通電的開始用高壓供電，使套組中電流迅速上升，而后用抵押來維持繞組中的電流。兩個脈沖同時使開關(guān)管TT2導(dǎo)通，使高電壓VH為電動機繞組供電。當(dāng)脈沖UH降為低電平時，高壓開關(guān)管T1截止，高電壓被切斷，低電壓VL繼續(xù)通過二極管D2為繞組供電。 斬波驅(qū)動。這樣的驅(qū)動電路它的優(yōu)點是：有效的抑制了共振，克服了高低壓驅(qū)動繞組轉(zhuǎn)矩下降的缺點，提高了電源效率和高頻性能；缺點是：由于電流波形為鋸齒形，所以會產(chǎn)生較大的電磁噪聲。也就是說，如果繞組中的電流的波形不再是一個近似方波，而是一個分成N個階級的近似梯形波，則電流每升或降低一步時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一小步。這種將一個步距角細分成若干小步的驅(qū)動方法就稱為細分驅(qū)動。是一種比較理想的驅(qū)動方式。目前，已有多種步進電機驅(qū)動集成電路芯片，作為小功率步進電機驅(qū)動的專用驅(qū)動芯片，被廣泛應(yīng)用于小型儀表、計算機外設(shè)等領(lǐng)域，使用起來非常方便。具體的芯片如：UCN5804B等。 基于單片機的步進電機調(diào)速 AT89C51單片機簡介AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS8位單片機片內(nèi)4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大。 單片機AT89C51主要性能參數(shù)：4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器全靜態(tài)操作：0Hz24MHz1288字節(jié)內(nèi)部RAM 2個16位定時/計數(shù)器可編程串行UART通道Vcc：電源電壓P0口：PO口是一組8位漏極開路行雙向I/O口，也既地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸出口。Flash編程和程序校驗期間，P1口接收8位地址。P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸入緩沖極可以驅(qū)動（輸入或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。在訪問外部存儲器或1位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。Flash編程或校驗時，P2亦接收高地址和其他控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸入緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。作輸出端口時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。RST：復(fù)位輸出。 要注意的是：每次訪問外部存儲器時將跳過一個ALE脈沖。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。此外，此引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)該置ALE無效。：程序存入允許（）輸出的是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51由外部程序取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次有效，既輸出兩個脈沖。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V的編程電壓Vpp。XTAL1：震蕩器反向放大器及內(nèi)部時鐘的輸入端。XAAL2：震蕩器反向放大器的輸出端。（2）AT89C51控制信號RST/VPD（9腳）復(fù)位信號時鐘電路工作后，在引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平，芯片內(nèi)部進行初始復(fù)位，復(fù)位后片內(nèi)存儲器的狀態(tài)如表所示，P1—P3口輸出高電平，初始值07H寫入堆棧指針SP、清0程序計數(shù)器PC和其余特殊功能寄存器，但始終不影響片內(nèi)RAM狀態(tài)，只要該引腳保持高電平，89C51將循環(huán)復(fù)位，RAT/VPD從高電平到低電平單片機將從0號單元開始執(zhí)行程序，另外該引腳還具有復(fù)用功能，只要將VPD接+5V備用電源，一旦Vcc電位突然降低或斷電，能保護片內(nèi)RAM中的信息不丟失，恢復(fù)電后能正常工作。控制步進電機的轉(zhuǎn)動需要三個要素：方向、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。在步進電動機的控制中，方向和