【正文】 ............................................................... 2 2 步進電機的基本介紹 .......................................................................................................... 3 步進電機的原理 ........................................................................................................... 3 步進電機的主要參數(shù) .................................................................................................... 3 步進電機的靜態(tài)指標術語 ........................................................................................ 3 步進電機的動態(tài)指標術語 ....................................................................................... 4 步進電機的特點 ............................................................................................................ 5 步進電機的分類 ............................................................................................................ 5 四相步進電機的工作原理 .............................................................................................. 6 步進電機的選型 ............................................................................................................ 8 步距角的選擇 .......................................................................................................... 8 靜力矩的選擇 .......................................................................................................... 8 電流的選擇 ............................................................................................................. 8 3 步進電機的驅(qū)動技術分析及 ULN2020a 芯片說明 .............................................................. 10 單電壓功率驅(qū)動接口 ................................................................................................... 10 雙電壓功率驅(qū)動接口 ................................................................................................... 11 高低壓功率驅(qū)動接口 ................................................................................................... 11 斬波恒流功率驅(qū)動接口 ................................................................................................ 12 升頻升壓功率 驅(qū)動接口 ................................................................................................ 13 集成功率驅(qū)動接口 ....................................................................................................... 13 ULN2020a 芯片說明 .................................................................................................... 13 4 步進電 機的單片機控制 ..................................................................................................... 17 單片機的基本原理 ....................................................................................................... 17 80C51 單片機的基本介紹 ............................................................................................. 17 80C51 單片機主要結構組成 ................................................................................... 17 80C51 單片機引腳說明 .......................................................................................... 18 驅(qū)動系統(tǒng)總體結構 ....................................................................................................... 20 驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動原理 ................................................................................................... 21 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 1 緒 論 課題的背景 步進電機是一種將脈沖信號轉換成相應的線性位移（角位移）的電磁裝置，是一種純粹的數(shù)字控制電機。 當前打印機，機器人，數(shù)控機床等設備都是以步進電機為核心。 在現(xiàn)代社會，隨著科技的進步， 使得電機的應用越來越廣泛。步進電機是電機的一種，它可以通過開環(huán)控制，達到準確定位和調(diào)速的目的。由于微電子和 計算機 技術的發(fā)展，步進電機的需求與日俱增，大量用于工業(yè)自動化生產(chǎn)的機具設備以及電腦的外設。 現(xiàn)在步進電機開始應用在控制精密要求的系統(tǒng)中，其應用范圍也越來越普遍。這種控制方式具有成本低，體積小，操作簡單，易于實現(xiàn)的優(yōu)點。 為此，本文設計了單片機控制步進電機的驅(qū)動程序，完成對步進電機轉速以及轉動方向的控制。在文革期間，全國各地都大量生產(chǎn)和應用步進電機，而且都在各個行 業(yè)里使用，其中半導體器件的驅(qū)動電路器件都是國產(chǎn)。目前，能生產(chǎn)步進電機的廠家非常多，但大部分都屬于仿制，具有專業(yè)技術人員，又能自行開發(fā)研制的生產(chǎn)廠家非常缺，雖然步進電機應【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。它必須由脈沖信號、功率驅(qū)動電路組成控制系統(tǒng)才能使用。 綜合上述情況考慮，本文決定選用四相混合式步進電機，敘述其基本工作原理及設計簡單的驅(qū)動程序。在期間對有可能發(fā)生的問題進行論述，并且提出有效的解決方法。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 2 步進電機的基礎介紹 步進電機是將脈沖信號轉變成對應的線性位移（角位移）的電磁裝置。在各種控制系統(tǒng)和辦公自動化設備等領域中有著極其廣泛的應用。由于磁場的存在，會引起轉子的旋轉，而且轉子的磁場方向與定子的一致。輸入一個電脈沖，電機轉動一個角度，前進一步。而且改變繞組通電的順序，電機就會反向轉動。 步進電機的靜態(tài)指標術語 ：是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)， 常用 m 表示。 ：步進電機繞組的每一次通斷電稱作一拍，經(jīng)歷一次完整的磁場周期性變化需要的脈沖數(shù)或者導電狀態(tài)，常用 n 表示，也就是電機轉過一個齒距角需要的脈沖數(shù)，以三相電機為例，有三相三拍運行方式即 ABBCCA，三相六拍運行方式即 AABBBCCCA。 θ=360度 /（轉子齒數(shù) J*運行拍數(shù)），用常用的二、四相，轉子齒為 50齒電機為例。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 度 /（ 50*8） =（也稱半步）。 ： 在步進電機通電時，但轉子沒有轉動的情況下，轉子的力矩被定子鎖定。隨著速度的增大， 而步進電機的輸出力矩不斷衰減，輸出功率也在相應的變化，所以保持轉矩是衡量步進電機重要的參數(shù)。 ：當電機處于額定靜態(tài)電作用的狀態(tài)下，電機不旋轉時，電機轉軸的鎖定力矩。 靜轉矩和電磁激磁安匝數(shù)成正比關系，受定齒轉子間的氣隙的影響，但提高靜力矩不可以一味的采用減小氣隙，增加激磁安匝的方法，這樣會帶來電機的發(fā)熱及機械噪音的弊端 。用百分比表示：偏差 /步距角 *100%。 電機運轉時運轉的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。 轉子齒軸線與定子齒軸線的偏移角度，電機只要運轉，就一定有失調(diào)角的存在，失調(diào)角產(chǎn)生的誤差一般無法消除。 在某種驅(qū)動形下，在負 載為零的情況下，電機的最高轉速頻率 。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 步進電機的特點 步進電機通過脈沖信號控制轉動，而脈沖也就是數(shù)字信號，這是計算機專攻的領域。 2． 步進電機的精度為步進角的 3%5%，并且不會累積。 4．在停止時也能夠保持轉 距。 6．通過脈沖進行精確定位。 缺點 8． 不能高速度運轉而且容易發(fā)生堵轉的問題，這就是和電機本身特性有關，因為步進電機通性是最高轉速為 6001200RPM 并且速度越快力氣越小，所以當負載較重、本身力矩又不大時電機就不能高速度運轉，還有一種情況就是即使能轉但經(jīng)常堵轉，因此選電機時應該選擇比理論計算出的電機的力矩大 12倍的電機 9. 容易有失步的現(xiàn)象，它的主要原因是電機的力氣太小，還有一種可能就是驅(qū)動器沒有把信 號完全發(fā)射給電機，一般情況是后者，都是驅(qū)動器的問題，這個通過給電機配驅(qū)動器時，恰當?shù)剡x擇一個質(zhì)量好的驅(qū)動器就可以解決了。 11．能源利用率低。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 步進電機分類 通常情況下步進電機可分為：反應式步進電機（簡稱 VR）、永磁式步進電機（簡稱 PM）和混合式步進電機（簡稱 HB）三種。 反應式步進電機的轉子和定子是 由高導磁材料制成的，在定子上分布著多相勵磁繞組，通過磁導的變化產(chǎn)生轉矩，能夠產(chǎn)生大轉矩的輸出，其結構簡單，生產(chǎn)成本低，步距角較小，一般為 度，但噪聲和振動都很大，動態(tài)性能差。轉動的產(chǎn)生是通過轉子和定子之間的相互吸引和排斥力，它的出力大，動態(tài)性能好；但步距角比較大，一般是 度。集倆種步進電機的優(yōu)點于一身，運轉過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小，電機效率高，電流小，發(fā)熱低，步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是步進電機中的姣姣者，是計算機相關的設備常用的電機 。 四相步進電機的工作原理 圖 21 步進電機內(nèi)部結構圖： 它的定子是四個依次排列的電磁鐵，轉子是一個能夠圍繞軸心轉動的永磁體（也可能是可以被磁鐵吸引的其他磁性物體，例如鐵塊）。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 它一共伸出 5 根線頭，分別是 A， B， C， D， Vcc VCC 和 A， VCC 和 B， VCC 和 C 以及 VCC 和 D 分別是一個電磁鐵線圈的兩個抽頭。當開關 SC 接通 ，開關 SB、 SA、SD 均處于斷開狀態(tài)時，由于 C 相繞組的磁力線和 4 號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動， 4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。依次類推， A、 B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉子會沿著 A、 B、 C、 D 方向轉動。單四拍與雙四拍相比，步距角相等，但單四拍的轉動力矩小。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖 23a、 b、 c 所示： 【精品文檔】世界上，