【正文】 1。 }}}采用雙極性專用集成電路的開環(huán)控制步進(jìn)電機(jī)摘要:本文介紹了步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制。L298N這種驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)。這兩種芯片共同形成了一個完整的微處理器和步進(jìn)電機(jī)的接口。用BorlandC編程語言寫的開環(huán)命令程序已經(jīng)很發(fā)達(dá)了。通過使用控制系統(tǒng)的多種方式來促進(jìn)它們的發(fā)展：在數(shù)控概率,周邊的計算機(jī)設(shè)備驅(qū)動、通過激光和衛(wèi)星的電信,核技術(shù)、航空和軍事設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人等方面。對于復(fù)雜的命令板和步進(jìn)電機(jī)定位系統(tǒng)通常包括復(fù)雜的功能和電路。最近允許在一個非常小的體積實(shí)現(xiàn)高性能系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制電路的專用集合。－因?yàn)闇p少邏輯的輸入，所以容易連接以微處理器為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。L297單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制器集成電路適用于雙極性兩相步進(jìn)電機(jī)或單極性四相步進(jìn)電機(jī)的控制。L297步進(jìn)電機(jī)控制器的框圖如圖1。它產(chǎn)生三種相序信號，對應(yīng)三種不同的工作方式，分別為半波方式，基本步距一相激勵方式、基本步距兩相激勵方式。一個叫CONTROL的輸入口決定斬波器對相位線A、B、C、D或抑制線起作用。常見的單片振動驅(qū)動器有兩個斬波器。RTCT,RT必須大于10K?。電機(jī)繞組相電流上升,采樣電阻的電壓上升到基準(zhǔn)電壓VREF時,比較器翻轉(zhuǎn),使觸發(fā)器復(fù)位,功率開關(guān)關(guān)斷,電流下降。其他信號是： －順時針/逆時針的方向控制連續(xù)CW/輸入； －異步復(fù)位輸入（低脈沖輸入后恢復(fù)ABCD = 0101 ）； －開放集電極輸出HOME，表明L297是在其初始狀態(tài)（ ABCD = = 0101 ）； －芯片使能輸入 ENABLE（輸入低電平到，A、B、C、D低電平，電機(jī)繞組斷電）。圖2為L298N雙全橋式驅(qū)動器的框圖。它設(shè)置了一個附加電源輸入端使邏輯部分在低電壓下工作。有幾種方法可以轉(zhuǎn)換這二者之間的電壓,例如提供脈沖調(diào)制斬波器或脈沖寬度調(diào)制斬波器。每個斬波器由一個比較器COMP、一個RS觸發(fā)器和外接采樣電阻組成(圖3)。抑制斬波器用于單極馬達(dá),但也可以在相位斬波器和抑制斬波器選擇作為雙極性電機(jī)。儲存在線圈電流的能量是由通過T1和D3回流。圖4 相位斬波器另一種辦法是把CONTROL接地,這可以使斬波器作用于和。晶體管T1和T4的電流經(jīng)T繞組、T4 和 RS流過(圖5)。記住信號要關(guān)掉所有4個晶體管,因此當(dāng)前電流再循環(huán)接地,通過D2繞組和D3到VS。圖5 抑制斬波器圖6 控制系統(tǒng)的原理框圖圖6是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的框圖。L297可用于單橋驅(qū)動如L298N或L293E或用四組達(dá)林頓陳列或離散功率器件。ANALOGUE MEASUREMEN的主要組成部分是電流傳感器LEM模塊。圖7 控制系統(tǒng)的電氣原理圖L297控制器的指令信號產(chǎn)生是通過IBMPC486接口。作者建立了開環(huán)命令程序(用 BorlandC編程語言寫的)能夠用 IBM PC的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)一個電機(jī)操作界面,。圖8 主程序流程圖在SM控制器可以用恒頻()驅(qū)動,或者用(線性或指數(shù))規(guī)定的速度剖面(剖面)驅(qū)動。命令程序的主菜單如圖9。圖10是生成求解線性脈沖速度指令的算法。該軟件具有電氣驅(qū)動系統(tǒng)的操作界面。雖然圖像看起來是用Windows GUI關(guān)閉了，在這里介紹該程序的好處是直接運(yùn)行DOS操作系統(tǒng)，能夠適用于前幾代的IBM個人電腦兼容計算機(jī)，它可以不支持Windows系統(tǒng)。 ，額定電壓= 5V，每相電流= 1A，每相電阻Rf＝5Ω ，轉(zhuǎn)力矩Mmax = 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種系統(tǒng)的靈活性，這些系統(tǒng)中，工作參數(shù)可方便地更改，允許快速適應(yīng)負(fù)荷變化的驅(qū)動系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩相雙極步進(jìn)電機(jī)的相電流如圖1114所示。指令脈沖也呈現(xiàn)出來了。圖10 生成求解線性脈沖速度指令的算法如圖15所示，波狀驅(qū)動模式的相電流，CONTROL高電平輸入，斬波器使相位線A, B, C, D起作用。當(dāng)斬波器作用于相位線A, B, C, D時，因?yàn)槔@組電壓低，所以電流衰減的慢。 最后給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 規(guī)定的速度的線性分布（圖16 ）； 規(guī)定的速度的指數(shù)分布（圖17）； 恒定頻率(20Hz)指令的位置和角速度（圖18）和規(guī)定的速度的指數(shù)分布（1181步，圖19）； 完整的定位周期（1181步，圖20）。圖13. 半步模式的相位電流,抑制斬波器 (, 5ms/div.).應(yīng)用程序的L297(控制器)L298N(驅(qū)動)可以找到幾乎到處都是:打印機(jī)(運(yùn)輸位置,進(jìn)紙位置、進(jìn)紙皮帶、墨盒)、打字機(jī)、標(biāo)繪器、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、軟盤驅(qū)動器、復(fù)印機(jī)、電傳機(jī)、攝影器材、電動閥等等。精密定位系統(tǒng)。應(yīng)用L297 （控制器） L298N （驅(qū)動器）可以發(fā)現(xiàn)幾乎所有地方：打印機(jī)（運(yùn)輸位置，進(jìn)紙位置，進(jìn)紙皮帶、墨盒) ，打字機(jī)，繪圖儀，數(shù)控機(jī)床，機(jī)器人，軟盤驅(qū)動器，復(fù)印機(jī)，電傳機(jī)，攝影器材，電動閥等。隨著控制技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，微波爐也向著智能化、信息化發(fā)展。除了可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)的火力大小選擇和定時控制基本功能之外，又用步進(jìn)電機(jī)模擬微波爐的轉(zhuǎn)盤。本設(shè)計的主要工作內(nèi)容是通過學(xué)習(xí)定時和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，結(jié)合所學(xué)的課程設(shè)計出微波爐控制器。一、 課題工作的總體安排及進(jìn)度：第一周：收集資料。第三周至第四周：電路設(shè)計與仿真，通過分析仿真結(jié)果分析改進(jìn)電路。第八周：在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下撰寫畢業(yè)論文。二、 課題預(yù)期達(dá)到的效果：本論文同時還設(shè)計了手動按鍵來進(jìn)行定時，有開關(guān)按鍵、加減鍵、火力大小選擇鍵。當(dāng)火力大小選擇鍵按下時，系統(tǒng)就自動顯示代表相應(yīng)火力大小的發(fā)光二極管發(fā)光。并且控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，來實(shí)現(xiàn)微波爐轉(zhuǎn)盤的模擬運(yùn)行。烹調(diào)經(jīng)驗(yàn)告訴我們,家常菜大多可按固定程序烹調(diào)、燉肉、煮飯、烘烤。微波爐控制系統(tǒng)功能比較齊全,在火力檔位設(shè)了解凍、烹調(diào)、烘烤、保溫、自定義加熱、自定義烹調(diào)以及按給定程序烹調(diào)等七種主要功能,其中程序烹調(diào)共設(shè)置了八種不同的烹調(diào)流程,供用戶選擇。 STC12C5404AD單片機(jī)是具有全新流水線和精簡指令集結(jié)構(gòu)的高速率、低功耗新一代單片機(jī)。這些特點(diǎn)不但增加了開發(fā)者的使用靈活性，同時還可以幫助用戶減小PCB尺寸和系統(tǒng)成本。STC12C5404AD是STC系列單片機(jī)，采用RISC型CPU內(nèi)核，兼容普通8051指令集，片內(nèi)含有10KB Flash 程序存儲器，2KB Flash 數(shù)據(jù)存儲器，512B RAM 數(shù)據(jù)存儲器，同時內(nèi)部還有看門狗（WDT）；片內(nèi)集成MAX810專用復(fù)位電路、8通道10位ADC以及4通道PWM，具有在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用編程（IAP），片內(nèi)資源豐富、集成度高、使用方便。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成。當(dāng)線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來J21,J22的位置,使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))吸合。這樣選用合適的繼電器就可以用小電壓和電流控制大功率的設(shè)備,由于控制部分和觸點(diǎn)電氣絕緣,就比較方便和安全。當(dāng)產(chǎn)生較短時間的紅外信號時,Q2經(jīng)延時導(dǎo)通,C點(diǎn)為高電平,此時Q5導(dǎo)通,繼電器動作,其接點(diǎn)J21,J22同時吸合,J22接通被控制的電器電源,J21閉合使繼電器不通過Q2就繼續(xù)吸合,這種情況通常稱為“自鎖”。當(dāng)接收到較長時間的紅外信號時,Q3導(dǎo)通,使得Q4導(dǎo)通這時Q5強(qiáng)迫截止,繼電器中的磁感應(yīng)線圈沒有電流通過,銜鐵釋放。步進(jìn)電機(jī)作為控制執(zhí)行元件，響應(yīng)速度快、定位精度高、無積累誤差、驅(qū)動電路及控制方法簡單，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。目前普遍認(rèn)為最有效的解決方法是細(xì)分法。然而此類方法存在單片機(jī)易受電機(jī)干擾，電路復(fù)雜、調(diào)試及研發(fā)周期較長等缺點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(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)。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。其基本工作原理如下：①控制換相順序，通電換相。例如：四相步進(jìn)電機(jī)的單四拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳BCD。如果給定工作方式正序換相通電，則步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；如果按反序換相通電，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。②控制步進(jìn)電機(jī)的速度。兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)步進(jìn)電機(jī)有一個重要的技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動原理所謂細(xì)分驅(qū)動就是把機(jī)械步距角細(xì)分戍若干個電的步距角，當(dāng)轉(zhuǎn)子從一個位置轉(zhuǎn)到下一個位置的時候，會出現(xiàn)一些“暫態(tài)停留點(diǎn)”，這樣使得電機(jī)啟動時的過調(diào)量或者停止時的過調(diào)量就會減小，電機(jī)軸的振動也會減小，使電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程變得更加平滑，更加細(xì)膩，從而減小了噪聲。相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動技術(shù)可以減小步進(jìn)電機(jī)的步距角，提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性增加控制的靈活性等。L297/298混合驅(qū)動電路 L297單片步進(jìn)電機(jī)控制器集成電路適用于雙極性兩相步進(jìn)電機(jī)或單極性四相步進(jìn)電機(jī)控制。L297的核心是脈沖分配器。脈沖分配器內(nèi)部是一個3bit可逆計數(shù)器,加上一些組合邏輯,產(chǎn)生每周期八步格雷碼時序信號,此時HALF/FULL設(shè)置為低電平,即半步工作方式的時序信號。L297設(shè)有兩個PWM斬波器,目的是控制相繞組電流,實(shí)現(xiàn)斬波控制,以獲得良好的轉(zhuǎn)矩2頻率特性。脈沖頻率f是由外接RC網(wǎng)絡(luò)決定的,當(dāng)R10KΩ歐時,f=1/。等待下一個振蕩器脈沖的到來。相繞組電流峰值由Vref來整定。輸入為標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號,用來控制H橋的開與關(guān)。數(shù)碼管的驅(qū)動分為動態(tài)驅(qū)動和靜態(tài)驅(qū)動兩種。I/O口之間互相獨(dú)立。但靜態(tài)驅(qū)動方式簡單不容易出錯。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，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（稱為“步距角”），旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，176。；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，176。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。它又分為兩相和五相：176。與靜態(tài)顯示方法不同，動態(tài)顯示驅(qū)動的設(shè)計方法是將數(shù)碼管的驅(qū)動端一對一連接在一起接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口，而將各個數(shù)碼管的公共端單獨(dú)送至單片機(jī)的I/O進(jìn)行