步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路精選(九篇)

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第1篇：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文

1　PMM8713的功能特點

PMM8713是日本三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器。該器件采用DIP16封裝，適用于二相或四相步進(jìn)電機(jī)。PMM8713在控制二相或四相步進(jìn)電機(jī)時都可選擇三種勵磁方式（1相勵磁，2相勵磁，1－2相勵磁三種勵磁方式之一），每相最小的拉電流和灌電流為20mA，它不但可滿足后級功率放大器的要求，而且在所有輸入端上均內(nèi)嵌有施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力很強(qiáng)，其原理框圖如圖1所示。

在PMM8713的內(nèi)部電路中，時鐘選通部分用于設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。PMM8713有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。采用雙脈沖輸入法的連線方式如圖2（a）所示，其中CP、CU兩端分別輸入步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。當(dāng)采用單脈沖輸入法時，其連線方式如圖2（b）所示，該圖中的CK為時鐘脈沖輸入，步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向由U／D的高、低電位決定。

片中的激勵方式控制電路用來選擇采用何種勵磁方式。激勵方式判斷電路用于輸出檢測；而可逆環(huán)形計數(shù)器則用于產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)在選定的勵磁方式下的各相通斷時序信號。

2 SI－7300A的結(jié)構(gòu)及功率驅(qū)動原理

SI－7300A是日本三肯公司生產(chǎn)的高性能步進(jìn)電機(jī)集成功率放大器。該器件為單極性四相驅(qū)動，采用SIP18封裝，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動級電路可分為電壓和電流兩種驅(qū)動方式，電壓驅(qū)動方式有串聯(lián)電阻驅(qū)動和雙電壓驅(qū)動兩種，其中串聯(lián)電阻驅(qū)動在相繞組中串聯(lián)了一定阻值和功率的電阻。為了維持步進(jìn)電機(jī)的相電流，通常要提高驅(qū)動繞組的相電壓，因此繞組串聯(lián)電阻驅(qū)動方式效率較低，但方法簡單，成本低，故在實際驅(qū)動電路中使用較多。雙電壓驅(qū)動在每相繞組導(dǎo)通時，首先施加高電壓VH使電流快速上升，當(dāng)電壓上升到規(guī)定幅值時，將高電壓VH切斷，此時，回路以低電壓VL維持，電路驅(qū)動效率可大大提高，但因采用高低兩種驅(qū)動電源，且電源切換的控制電路比較復(fù)雜，因而較少采用。電流驅(qū)動方式最常用的是PWM恒流斬波驅(qū)動電路，也是專用集成電路中最常用的能獲得高性能的驅(qū)動方式，其中一相的等效電路圖如圖4所示。步進(jìn)電機(jī)使用較高電壓的電源時，繞組電流幾乎可以近似直線地上升到預(yù)定值，此時由流過RS的檢測電流去控制一個斬波控制電路即可關(guān)斷T1，從而使繞組電流在續(xù)流回路（L、D1、T2、RS、）中續(xù)流并下降。當(dāng)電流下降到規(guī)定時間后（達(dá)到某一電流）由脈沖電路產(chǎn)生脈沖至斬波控制電路可使T1接通，如此反復(fù)（由T1的反復(fù)開關(guān)）對繞組電流進(jìn)行斬波控制，就可使電流平均值趨于恒定。外接穩(wěn)壓二極管D2、D3可用作嵌位保護(hù)和內(nèi)部集成續(xù)流回路（外接檢測電阻RS），從而避免T1開關(guān)所引起的尖峰感應(yīng)電動勢所造成的尖峰電壓T1的危害。

3　在步進(jìn)電機(jī)中應(yīng)用

步進(jìn)電機(jī)是常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它用脈沖頻率控制轉(zhuǎn)動速度，而用脈沖的數(shù)目來決定轉(zhuǎn)動的角度。由于拖動負(fù)載大小不同，因此，僅僅接上電源是無法工作的，而必須接上相應(yīng)的驅(qū)動器才能工作。驅(qū)動器的輸出可為電機(jī)各相提供相應(yīng)通電順序的勵磁電流。實際上，步進(jìn)電機(jī)的工作性能在很大程度上取決于所使用的驅(qū)動電路的類型和參數(shù)。步進(jìn)電機(jī)可分為PM型、VR型和HB型三種。其相數(shù)有兩相，三相、四相、五相、六相等，常用的有兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)。

由SI—7300A、PMM8713和80C51構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路如圖5所示，圖中，PD端為SI—7300A輸出電流IO的控制端，可以懸空或接高電平，當(dāng)接高電平時可以適當(dāng)提高SI—7300A的輸出電流IO。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度可通過80C51的鍵盤輸入，同時通過軟件可編程控制并行I／O 口P1．0和P1．1，以輸出相應(yīng)頻率的脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)采用42BYG009型時，驅(qū)動電壓為24V，此時該功率驅(qū)動電路的矩頻特性如圖6所示。

圖5

4　結(jié)束語

第2篇：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；驅(qū)動；H橋

中圖分類號：TM301 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）03-0236-02

步進(jìn)電機(jī)廣泛運用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中，其精度高，運行可靠，是各種自動化控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。本文以小功率兩相步進(jìn)電機(jī)為對象，介紹了一種基于PIC24F單片機(jī)，采用藍(lán)牙無線通信、手機(jī)端APP控制的步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計，硬件部分包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路、電機(jī)電壓電流檢測電路、MCU控制電路、電源電路以及機(jī)殼溫度監(jiān)測電路，結(jié)合所設(shè)計的軟件和手機(jī)端APP，實現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的無線控制及參數(shù)檢測。

1 總體方案設(shè)計

本方案以16位單片機(jī)PIC24FJ64GA004為控制核心，通過藍(lán)牙模塊接收來自手機(jī)端APP的控制指令，單片機(jī)經(jīng)光耦PC817連接MOS管雙H橋電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加減速等動作。同時，DS18B20溫度傳感器監(jiān)測機(jī)殼溫度，電機(jī)參數(shù)檢測電路檢測步進(jìn)電機(jī)的電壓和相電流，經(jīng)MCU進(jìn)行A/D采樣、濾波處理后通過藍(lán)牙模塊上傳至手機(jī)端，從而實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制和在線監(jiān)測功能。系統(tǒng)原理框圖如圖1。

2 硬件設(shè)計

2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路

在H橋電路的基礎(chǔ)上設(shè)計步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。采用分立元件MOS管搭建雙H橋驅(qū)動電路是成熟的電機(jī)控制方案，電路不復(fù)雜，性能可靠，根據(jù)MOS管的不同工作電流的上限甚至可以高達(dá)數(shù)十安培，是理想的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器方案。

MOS管H橋驅(qū)動電路有NMOS構(gòu)型和PMOS+NMOS構(gòu)型，全NMOS管H橋?qū)娮韪。蠘虮鄣腘MOS管的導(dǎo)通電壓高于電源電壓，需要額外的升壓電路，這樣增加了電路的復(fù)雜程度和成本，我們采用PMOS+NMOS構(gòu)型方式搭建雙H橋步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，電路更簡潔，成本更低；且在這樣的小電流工作場合，PMOS所增加的導(dǎo)通損耗可以忽略不計。驅(qū)動電路與MCU之g進(jìn)行光電隔離，選用廣泛使用的低成本光耦PC817。加入雙輸入四通道與門（74HC08D），為驅(qū)動電路添加使能的功能，即只有在使能的前提下，四路控制信號才是有效的，使步進(jìn)電機(jī)運行更安全穩(wěn)定MOS管選用IRF5305和IRF1205，其參數(shù)為55V、110A，TO252貼片封裝。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路原理圖如圖2所示。

2.2 電機(jī)參數(shù)測量電路

為了實時監(jiān)測步進(jìn)電機(jī)的運行狀態(tài)是否正常，為驅(qū)動器設(shè)計了電機(jī)參數(shù)測量功能、通過實時監(jiān)測電機(jī)的工作電壓、工作相電流和機(jī)殼溫度來實時獲取電機(jī)的運行參數(shù)，保證電機(jī)運行安全穩(wěn)定。

電機(jī)電流采樣電阻選用康銅電阻，一端連接H橋下方，另一端接GND，其工作溫度范圍寬，溫度系數(shù)僅為-40～40*10-6/℃，是高精度電流采樣電阻的理想選擇。電壓電流信號調(diào)理電路采用LM324運放搭建，電壓跟隨后送入MCU，由MCU內(nèi)置10Bit A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D采樣。機(jī)殼溫度監(jiān)測選用數(shù)字溫芯片DS18B20，將其貼至電機(jī)外殼表面，實時監(jiān)測溫度參數(shù)并送入MCU。電機(jī)參數(shù)檢測電路原理圖如圖3所示。

在進(jìn)行電路設(shè)計時，使用0歐姆電阻將模擬地（AGND）和數(shù)字地（GND）單點連接，以降低相互干擾，提高電路性能。

2.3 電源及MCU控制電路

系統(tǒng)中，驅(qū)動電路用輸入電壓供電，MCU和藍(lán)牙模塊需要額外的3.3V電壓供電，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器效率低、尺寸大且發(fā)熱嚴(yán)重，因此使用DC―DC開關(guān)電源方式提供3.3V電壓。開關(guān)穩(wěn)壓芯片選用MPS公司MP2359方案，其效率可高至92%、工作頻率高達(dá)1.4MHZ，極高的工作頻率決定其只需要小容量的輸入電容、輸出電容和功率電感即可正常工作。

藍(lán)牙選用HC-05模塊，串口自動發(fā)送。主控芯片為PIC24FJ64GA004，電源及主控芯片電路如圖4。

3 軟件設(shè)計

3.1 無線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器軟件設(shè)計

主控芯片通過藍(lán)牙模塊經(jīng)串口接收來自手機(jī)APP的電機(jī)控制指令，以此控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、步數(shù)、轉(zhuǎn)動方向等參數(shù)；同時將采集到的電機(jī)參數(shù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、軟件濾波后通過藍(lán)牙模塊發(fā)送至手機(jī)端。系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。

3.2 手機(jī)端APP軟件設(shè)計

手機(jī)端APP基于中文編程環(huán)境“易安卓”開發(fā)，純中文編程，上手快，減少了開發(fā)難度。軟件可配置電機(jī)步數(shù)、速度、轉(zhuǎn)動方向等參數(shù)，并通過藍(lán)牙發(fā)送至控制器；同時接收控制器發(fā)送的電機(jī)參數(shù)，并對參數(shù)進(jìn)行解碼、顯示、保存。手機(jī)端APP如圖6所示。

4 結(jié)束語

本設(shè)計實現(xiàn)了以PIC24FJ64GA004單片機(jī)為控制核心，MOS管雙H橋驅(qū)動，電機(jī)電壓、電流、溫度采集，藍(lán)牙傳輸?shù)臒o線步進(jìn)電機(jī)控制器。并通過C語言開發(fā)了控制器程序，通過中文語言“易安卓”完成了手機(jī)端APP設(shè)計，實現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的低成本無線控制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董曉慶，黃杰賢，張順揚(yáng). 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008（6）：14-17.

第3篇：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文

關(guān)鍵詞：焊點缺陷；標(biāo)記；STM32F103VET6；步進(jìn)電機(jī)

隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的不斷發(fā)展，電路板朝著小面積、小元件、高密度的方向發(fā)展。但從成本、工藝以及技術(shù)要求等方面考慮，在不需要小型化的產(chǎn)品中仍有大量電路板采用通孔插裝技術(shù)，因此一般需要采用波峰焊來完成元件引腳與焊盤之間的連接[1]。但由于技術(shù)上的瓶頸，波峰焊的工藝流程容易引起焊點質(zhì)量問題，主要表現(xiàn)為焊點短路、焊點漏焊、焊點不飽滿或表面有針孔等。為了解決上述焊點缺陷問題，企業(yè)一般采用傳統(tǒng)的人工目測來檢查并修補(bǔ)。此方法雖然方便實用、適應(yīng)性強(qiáng)，預(yù)先成本最低，但人工目測主觀性較強(qiáng)，而且由于人的視覺疲勞以及勞動強(qiáng)度的影響，不可避免的會有焊點缺陷的漏檢和誤檢[2]。

因此，針對上述問題，文章以某企業(yè)的電路板裝配生產(chǎn)流水線為改造對象，設(shè)計出一種電路板缺陷焊點實體標(biāo)記自動控制系統(tǒng)，通過接收機(jī)器視覺檢測設(shè)備的檢測結(jié)果，在電路板有缺陷焊點的地方進(jìn)行自動標(biāo)記。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 電路板裝配流水線改造

某企業(yè)的電路板裝配線以流水線方式對已經(jīng)完成機(jī)器插件的電路板進(jìn)行裝配和檢測，其生產(chǎn)工序包括手工插件、元件插后質(zhì)量檢測、波峰焊機(jī)焊接、剪腳分板、執(zhí)錫、焊后質(zhì)量檢測、打膠、ICT測試、貼標(biāo)簽、裝箱。本方案以盡量減少對原裝配線的改動，滿足原生產(chǎn)工藝規(guī)范為原則，對其流水線改造如圖1所示。

電路板缺陷焊點實體自動標(biāo)識裝置安裝在波峰焊機(jī)和傳送帶之間，工人把經(jīng)過波峰焊機(jī)焊接完畢的電路板進(jìn)行剪腳、分板和執(zhí)錫后，放入電路板推送裝置中的等待區(qū)。原來的焊后質(zhì)量檢測工位分為檢測工位以及標(biāo)識工位，以滿足原生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)節(jié)拍。其中，檢測工位安裝缺陷焊點檢測設(shè)備，標(biāo)識工位安裝缺陷焊點自動標(biāo)記裝置。

1.2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計

電路板缺陷焊點實體自動標(biāo)記裝置由電路板推送裝置和標(biāo)記裝置組成。推送裝置負(fù)責(zé)在每個生產(chǎn)周期開始時，將三塊電路板推送至下一工位，其主要由一臺步進(jìn)電機(jī)和三個電動直線推桿驅(qū)動。標(biāo)記裝置負(fù)責(zé)實現(xiàn)電路板缺陷焊點的實體標(biāo)記識別，主要由兩臺步進(jìn)電機(jī)和三個電磁鐵驅(qū)動。整個系統(tǒng)的控制核心是微處理器，作為下位機(jī)，與運行缺陷焊點檢測軟件的工控機(jī)進(jìn)行通信，包括發(fā)送指令和接收參數(shù)、檢測結(jié)果。當(dāng)系統(tǒng)開始運行時，微處理器首先通過串口，接收工控機(jī)的參數(shù)，控制推送裝置的推送距離，然后在完成了推送電路板工作后，發(fā)送指令給工控機(jī)，命令工控機(jī)開始進(jìn)行電路板焊點檢測工作，最后根據(jù)檢測結(jié)果，控制由步進(jìn)電機(jī)帶動的標(biāo)記裝置進(jìn)行焊點實體標(biāo)記。為了保證裝置運行安全可靠，在控制系統(tǒng)中加入多個開關(guān)模塊。控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

硬件部分主要包括：微處理器控制模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、電動直線推桿控制模塊、電磁鐵控制模塊以及開關(guān)模塊等五部分。

2.1 微處理器選型

系統(tǒng)選用STMicroelectronics公司的STM32F103VET6微處理器作為主控芯片。該微處理器采用Cortex-M3內(nèi)核，最高工作頻率可達(dá)72MHz，內(nèi)置512KB閃存和64KB SRAM；擁有80個GPIO，并多達(dá)11個定時器和13個通信接口，為控制設(shè)備和與設(shè)備進(jìn)行通信提供了豐富的資源[3，4]。

2.2 微處理器核心控制模塊

微處理器核心控制模塊的設(shè)計內(nèi)容主要是處理器的最小系統(tǒng)設(shè)計以及GPIO的規(guī)劃配置。STM32F102VET6使用型號為AMS1117-3.3的電源芯片供電，并且使用振蕩頻率為8MHz的晶振，通過倍頻設(shè)置，使芯片工作在72MHz。本設(shè)計主要使用的PE口作為信號控制端，與外部設(shè)備相連，并工作在推挽輸出模式；PA9和PA10是串口通信端，通過串口通信模塊與工控機(jī)相連。同時，由于系統(tǒng)需要接收多種外部信號，通過外部中斷觸發(fā)，根據(jù)硬件設(shè)計，將需要中斷輸入的GPIO配置為上拉輸入模式。

2.3 步進(jìn)電機(jī)控制模塊

步進(jìn)電機(jī)的正常運行需要驅(qū)動器提供電流和微處理器提供信號。為了滿足設(shè)計的精度要求，本控制系統(tǒng)選用型號為2M542的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。該驅(qū)動器主要用于驅(qū)動2相4線的步進(jìn)電機(jī)，能夠提供1.00A-4.20A的驅(qū)動電流，并且細(xì)分驅(qū)動最高可達(dá)25000步。為了防止由于長時間運行而燒毀步進(jìn)電機(jī)，因此驅(qū)動器的工作電流設(shè)定為1.46A。微處理器主要提供脈沖信號和方向信號。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與微處理器連接如圖3所示。PE5連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的脈沖輸入端，PE6連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的轉(zhuǎn)向控制端。其余兩臺步進(jìn)電機(jī)控制方式一樣，不再敘述。

2.4 電動直線推桿控制模塊

電動直線推桿是一種將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運動的電力驅(qū)動裝置。在本裝置的電路板推送機(jī)構(gòu)中需要使用三個電動直線推桿，分別控制推送支架的上升下降和電路板檔桿的往復(fù)運動。本控制系統(tǒng)中選用直流電機(jī)作驅(qū)動的電動直線推桿。由于該直流電機(jī)屬于小容量電機(jī)，所以采取直接啟動方式[5]，通過控制電機(jī)電流方向來控制推桿的往復(fù)運動，其控制電路如圖4所示。

2.5 電磁鐵控制模塊

由于要針對三種不同的缺陷焊點做實體標(biāo)記，因此使用三種不同顏色并可擦除的PCB專用標(biāo)記筆對電路板上的缺陷焊點進(jìn)行標(biāo)記。標(biāo)記方法為通過導(dǎo)通推拉式電磁鐵，由推桿推動標(biāo)記筆向下運動，在缺陷焊點旁打點標(biāo)記。電磁鐵控制電路如圖5所示。

2.6 開關(guān)模塊

為了保證系統(tǒng)運行準(zhǔn)確和安全可靠，需要在裝置中分別安裝3個光電開關(guān)和6個限位開關(guān)。3個光電開關(guān)分別固定在3個電動滑臺導(dǎo)軌的原點處，保證推送電路板距離和標(biāo)記裝置定位符合程序要求；6個限位開關(guān)則分別固定在3個電動滑臺導(dǎo)軌的兩端，防止由于程序出錯引起步進(jìn)電機(jī)帶動的滑臺碰撞導(dǎo)軌兩端，設(shè)定安全距離。開關(guān)模塊的控制電路圖如圖6所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括微處理器的硬件配置，裝置工作狀態(tài)初始化和中斷服務(wù)程序。硬件配置主要根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，分別配置時鐘頻率、GPIO工作模式、中斷源和中斷優(yōu)先級等。裝置工作狀態(tài)初始化確保裝置標(biāo)記準(zhǔn)確。中斷服務(wù)包括外部中斷、定時器中斷和串口中斷。

3.1 主程序設(shè)計

當(dāng)系統(tǒng)開始運行時，微處理器對硬件進(jìn)行配置，配置的內(nèi)容包括系統(tǒng)時鐘配置、GPIO工作模式、定時器配置、中斷配置、串口配置。然后微處理器正式開始主任務(wù)，主程序流程如圖7所示。首先進(jìn)行參數(shù)接收確定推送距離，然后初始化裝置工作狀態(tài)，輸出脈沖控制三臺步進(jìn)電機(jī)，使得標(biāo)識機(jī)構(gòu)和推架都位于設(shè)定的原點位置。完成初始化后，生產(chǎn)節(jié)拍開始計時，電路板推送裝置的推架上升，分別把三塊電路板推送至傳送帶、標(biāo)記工位以及檢測工位后，與上升檔桿共同固定電路板，然后發(fā)送指令給工控機(jī)，開始缺陷焊點檢測。待檢測完畢，微處理器根據(jù)接收處理的結(jié)果，等待XY方向步進(jìn)電機(jī)帶動標(biāo)記機(jī)構(gòu)完成定位，然后對缺陷焊點進(jìn)行標(biāo)記。直到當(dāng)前電路板所有缺陷焊點標(biāo)記結(jié)束后，推架和標(biāo)識機(jī)構(gòu)回到原點，等待下個生產(chǎn)節(jié)拍。

3.2 中斷服務(wù)程序

3.2.1 外部中斷程序。控制系統(tǒng)用到多個外部中斷，來源主要是開關(guān)模塊以及步進(jìn)電機(jī)脈沖。當(dāng)系統(tǒng)接收到光電開關(guān)的信號時，改變程序中原點標(biāo)記變量，告知主程序該方向上的步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)到達(dá)原點處。若接收到限位開關(guān)的信號，則發(fā)送“error”給工控機(jī)，并停止運行。將步進(jìn)電機(jī)的脈沖發(fā)送到外部中斷，用于脈沖數(shù)量的計數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動步數(shù)。

3.2.2 定時器中斷程序。設(shè)計中使用了系統(tǒng)滴答定時器和通用定時器。系統(tǒng)滴答定時器主要用于生產(chǎn)節(jié)拍的計時，控制生產(chǎn)節(jié)拍的周期。在每個生產(chǎn)節(jié)拍開始時，啟動電路板推送裝置的步進(jìn)電機(jī)，將電路板推送至下一工位。通用定時器則主要用于控制輸出步進(jìn)電機(jī)脈沖的頻率。由于步進(jìn)電機(jī)在工作時，頻率不能突變，否則將會失步或過沖。因此每次改變頻率時，應(yīng)該保持電機(jī)在該頻率下持續(xù)運行一定的時間。本系統(tǒng)使用的是指數(shù)型調(diào)速，根據(jù)公式

f（t）=f0+（fm-f0）×（1-e-t/T） （1）

可得出每個頻率下步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的步數(shù)[6]。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)走完當(dāng)前頻率下的步數(shù)時，定時器輸出下一個頻率的脈沖。

3.2.3 串口中斷程序。系統(tǒng)的微處理器與工控機(jī)采用串口方式通信。微處理器在接收工控機(jī)的檢測結(jié)果時，采用中斷接收處理，然后根據(jù)結(jié)果，分別確定XY方向步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和步數(shù)。系統(tǒng)的通信格式是“+/-xxxx+/-xxxxN”。“+/-”表示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，“xxxx”表示步進(jìn)電機(jī)需要轉(zhuǎn)動的步數(shù)，且前5位表示X方向的步進(jìn)電機(jī)，第6-10位表示Y方向的步進(jìn)電機(jī)。最后一位“N”表示當(dāng)前電路板所有缺陷焊點已經(jīng)完成標(biāo)記，若未完成，則為空格字符。

4 系統(tǒng)測試

完成了組裝后，在實驗室對控制系統(tǒng)進(jìn)行了測試。當(dāng)系統(tǒng)通電啟動后，本裝置按照設(shè)定流程工作：推架和標(biāo)識機(jī)構(gòu)回到原點；推架推送電路板；工控機(jī)顯示屏顯示接收到的指令；標(biāo)記機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測結(jié)果，移動到缺陷焊點旁；電磁鐵動作，PCB標(biāo)記筆向下做標(biāo)記；電路板缺陷焊點標(biāo)記完畢后，推架和標(biāo)記機(jī)構(gòu)回到原點處。為了進(jìn)一步測試步進(jìn)電機(jī)的精度是否滿足設(shè)計要求，對其進(jìn)行了測量。步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器，采用直連方式與電動滑臺導(dǎo)軌相連。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈時，滑臺對應(yīng)的直線移動距離為75mm，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動選擇1600步/轉(zhuǎn)，采用游標(biāo)卡尺測量數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可知，滑臺實際移動距離與理論值存在一定的誤差，但不足影響工人對標(biāo)記的判定，工人仍可以通過記號鎖定區(qū)域，快速尋找缺陷焊點并進(jìn)行修補(bǔ)。

5 結(jié)束語

文章以某企業(yè)的電路板生產(chǎn)流水線為改造對象，以解放勞動力為主要目的，設(shè)計了一種電路板缺陷焊點實體標(biāo)記自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要通過接收工控機(jī)的檢測結(jié)果，控制多種機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)缺陷焊點的實體標(biāo)記。在實驗室的運行測試表明，該系統(tǒng)能達(dá)到預(yù)期效果，本裝置已申請發(fā)明專利和軟件著作權(quán)各一件。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳福彬，伍毅，王鐵流.基于STM32的人行通道智能控制與管理系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀表，2010，25（1）：45-48.

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第4篇：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文

關(guān)鍵詞:步進(jìn)電機(jī) 環(huán)形分配 細(xì)分

中圖分類號:TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)05(a)-0128-01

步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單而且控制方便,在機(jī)械及自動控制等領(lǐng)域應(yīng)用較普遍,但是步進(jìn)電機(jī)也存在步距角較大、低頻振動等缺點,如需在精度要求較高的工程中應(yīng)用,除要提高制造工藝,選取高精度高性能的步進(jìn)電機(jī)外,對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)的研究也是很有必要的。

1 步進(jìn)電機(jī)工作原理

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu),它有別于普通的旋轉(zhuǎn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動和輸入的脈沖個數(shù)有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系,并以此來控制其角位移量,同時依靠步進(jìn)電機(jī)特有的自鎖能力使其保持在目標(biāo)位置。

2 驅(qū)動器設(shè)計

步進(jìn)電機(jī)運動方式的特殊性決定了它需用一個專用的驅(qū)動器來供電,驅(qū)動器主要功能是對輸入脈沖分配后再進(jìn)行功率放大,放大后的功率信號按特定順序輪流加到電機(jī)繞組的兩端,控制步進(jìn)電機(jī)運動。驅(qū)動器主要由環(huán)形分配器、功率放大器及其他控制電路組成,其中環(huán)形分配器是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計的關(guān)鍵。

目前的DSP技術(shù)發(fā)展較快,特別是美國TI公司的2000系列DSP是專為控制各種電機(jī)設(shè)計的,本文以TMS320LF2407控制兩相四拍的步進(jìn)電機(jī)為例,主要介紹最常用的兩種設(shè)計環(huán)形分配器的方案:一是通過DSP的PWM口,在程序里對EVA或者EVB的4個PWM口進(jìn)行精確的時序分配,利用純軟件的方法實現(xiàn)環(huán)形分配器;二是以專業(yè)的芯片電路為基礎(chǔ),如集成電路芯片L297+L298組成得驅(qū)動電路或者THB7128芯片等,利用DSP的I/O口即可實現(xiàn)對環(huán)形分配器的控制。

兩種方案各有優(yōu)缺點,下面詳細(xì)介紹兩種方案實現(xiàn)方法。

2.1 硬件實現(xiàn)環(huán)形分配器

本文選取比較常用的集成電路芯片L297和L298的組合,該方案特點是控制簡單,只需要對L297芯片的幾個輸入端進(jìn)行控制即可,其中包括脈沖信號CLK、方向控制信號CW/CCW、半步和整步選擇控制信號HALF/FULL 以及使能信號EN。通過對DSP輸出單一脈沖信號的頻率調(diào)節(jié)可以控制步進(jìn)電機(jī)的速度,并且可以隨時控制電機(jī)的運動方向,不需要考慮輸出時序問題,大大減輕了DSP的負(fù)擔(dān)。

該方案已經(jīng)經(jīng)過了某課題的驗證,其電路可靠,控制方便,負(fù)載電機(jī)是工程中使用較多的四相六線式步進(jìn)電機(jī),實際作為兩相電機(jī)使用,只用了電機(jī)的紅(A+)、藍(lán)(A-)、黑(B+)、綠(B-)四根線,另外兩根線懸空不用。選取8個快恢復(fù)二極管,用來泄放繞組電流,選取二極管時需根據(jù)負(fù)載電流及電壓的要求,留有一定余量,并且快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間應(yīng)trr不大于200ns。

用硬件電路實現(xiàn)環(huán)形分配器的優(yōu)點是占用軟件資源少,簡單的單片機(jī)或者DSP系統(tǒng)就能滿足設(shè)計要求,但是對的硬件電路要求較高,會增加額外的成本。

2.2 軟件實現(xiàn)環(huán)形分配器

以TMS320LF2407為例,事件管理器EVA和EVB的共12路PWM口都可以使用,理論上可以同時軟件實現(xiàn)3個獨立的環(huán)形分配器,驅(qū)動3個步進(jìn)電機(jī)。本文選取事件管理器EVA的PWM1～PWM4作為輸出口。

根據(jù)輸出要求,首先在程序初始化階段需對寄存器ACTRA配置輸出引腳的極性,對寄存器COMCONA配置使能比較操作,設(shè)置寄存器T1CMPR比較器數(shù)值,初始化結(jié)束以后對寄存器ACTRA按照時序要求進(jìn)行數(shù)組分配,程序?qū)崿F(xiàn)如下:

static const int stepZ[4]={0x0033,0x003C,0x00CC,0x00C3};

disable();

initsys();

for(j=1;j

{ for(i=0;i

{ *ACTRA=stepZ[i];

delay(); //延時控制運行速度

asm(" nop ")

}

}

如果要實現(xiàn)電機(jī)的半步工作只需改變數(shù)組stepZ[ ]的值,使其輸出能滿足半步工作的時序要求即可,原理與整步軟件分配實現(xiàn)類似,在此不再詳細(xì)分析。

經(jīng)實踐證明,該程序通過改變數(shù)組的循環(huán)次數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)的運行步數(shù),通過改變數(shù)組的順序可以很方便的改變步進(jìn)電機(jī)的運行方向,通過對延時子程序的設(shè)置可以控制步進(jìn)電機(jī)的運行速度。該方案對硬件資源要求較少,通過DSP輸出后,只需要用L298或者類似的功率芯片即可實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動,但是該方案需要占用較多的軟件資源,如果DSP得軟件資源不夠用的情況下不建議使用該方案。

3 細(xì)分改進(jìn)

用硬件或者軟件實現(xiàn)的環(huán)形分配器輸出原理是一樣的,四路經(jīng)過相序分配以后的驅(qū)動電壓加到步進(jìn)電機(jī)的繞組上,換相時繞組的電流會產(chǎn)生突變,繞組電流的突變會造成電機(jī)輸出力矩的大幅波動,使電機(jī)運動在過程中,特別是運動速度較低的狀態(tài)下會產(chǎn)生振動,從而降低步進(jìn)電機(jī)的控制精度。因此,對一些精度要求及平滑性要求較高的場合,除選取性能更高的步進(jìn)電機(jī)之外,也有必要對普通的驅(qū)動器作一些細(xì)分改進(jìn)。

對驅(qū)動器細(xì)分改進(jìn)的目的就是使步進(jìn)電機(jī)繞組的電流在換相的時候盡量平滑而避免電流突變,最理想的狀態(tài)是控制繞組中的電流按照正弦規(guī)律變化。要用數(shù)字信號控制繞組中的電流按照正弦規(guī)律變化是很困難的,在工程實踐中只能近似地實現(xiàn),比較常用有兩種方法:一是直接對四路輸出OUT1～OUT4進(jìn)行邏輯操作,利用頻率更高的脈沖來對其進(jìn)行邏輯與的操作;二是不對OUT1～OUT4直接操作,而利用DSP產(chǎn)生的更高頻率的PWM脈沖來驅(qū)動L298芯片的使能開關(guān),用以控制電機(jī)繞組電壓的通斷,從而達(dá)到控制繞組電流平滑變化的目的,變化過程可以逼近于正弦波。細(xì)分后具體的頻率和幅值要求要根據(jù)負(fù)載對電壓和電流的要求來確定。

4 結(jié)語

DSP技術(shù)的高度發(fā)展為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的設(shè)計帶來了更多的可能性,步進(jìn)電機(jī)的控制不需要專門去買昂貴又復(fù)雜的驅(qū)動器,借助系統(tǒng)中的2000系列DSP電路板,再外加一些輔助芯片即可實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的精確控制。本文介紹的兩種驅(qū)動器設(shè)計方案都已經(jīng)在不同工程中實現(xiàn),且實現(xiàn)都比較方便,具有較高的利用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 董曉輝,李國寧.基于CPLD的步進(jìn)電機(jī)控制［J］.鐵路計算機(jī)應(yīng)用,2007(4):11～13.

第5篇：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī);脈寬調(diào)制;AVR單片機(jī);驅(qū)動電路

中圖分類號：TP275 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0511303

Research on the PWM Drive Technology of Stepping Motor Based on Single Chip and CPLD

CHEN Xiangtao1,ZHANG Qianjin2,3

(1.Modern Education Technology and Information Center,Henan University of Science and Technology,Luoyang,471003,Luoyang,China;

2.School of Electronics and Information Engineering,Henan University of Science and Technology,Luoyang,471003,China;

3.School of Computer and Information,Hefei University of Technology,Hefei,230009,China)

Abstract：In this paper,a realization system of control scheme based on AVR single chip and CPLD for three phase hybrid stepper motor is presented.The principle and structure block diagram are introduced.Besides,the design principle and realization for the core section of the control circuit are probed in detail.By using single chip to set up speed and direction.The control signals produced by the single chip are converted into final signals of control by the pulse coder by the CPLD.Through the driving circuit,it can control the speed and direction of the step-motor accurately.A current-controlled generation circuit of PWM is designed.The experiential results show,the system has the features of being easily modified,good flexibility,high reliability,powerful transplantable capability and with powerful resisting interfere.

Keywords：stepping motor;PWM;AVR single chip;drive circuit

步進(jìn)電動機(jī)是一種將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為位移(或直線位移)的機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個脈沖時，轉(zhuǎn)軸便轉(zhuǎn)過一個固定的機(jī)械角度，他具有快速起停、精確步進(jìn)、沒有積累誤差且能直接接收數(shù)字信號的特點，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)的運動性能和他的驅(qū)動器有密切的關(guān)系，驅(qū)動器的性能的優(yōu)劣直接影響到步進(jìn)電機(jī)運行的好壞[1]。細(xì)分驅(qū)動方式可以減小步進(jìn)電機(jī)的步矩角，提高分辨率，使電機(jī)運行更加平穩(wěn)均勻，可以減小或消除低頻振動。利用恒流和細(xì)分驅(qū)動技術(shù)可以大大提高步進(jìn)電機(jī)的步矩分辨率，減小轉(zhuǎn)矩波動，避免低頻共振及降低運行噪聲。通常的步進(jìn)電機(jī)控制方法是采用CPU配合專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制器來實現(xiàn)，存在成本高、不同種類的電動機(jī)必須要有相應(yīng)的驅(qū)動控制器與之配對的問題[2]。

1 混合式步進(jìn)電機(jī)原理分析

混合式步進(jìn)電機(jī)通常只有整步和半步兩種工作方式，當(dāng)要求更小的步進(jìn)角和更高的分辨率時，可通過改變定子繞組電流來實現(xiàn)。繞組電流給定采用經(jīng)量化處理后的正弦波并分段切入，將繞組電流給定與反饋進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果決定該相繞組的通斷，最終得到正弦化的定子繞組電流。步進(jìn)電機(jī)在高度細(xì)分運行時需要在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生接近均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場各項繞組的合成磁勢矢量，即各相繞組電流的合成矢量應(yīng)在空間作幅度恒定的旋轉(zhuǎn)運動，這就需要在各相繞組中通以正弦電流，三相混合式步進(jìn)電機(jī)的三相繞組A,B和C在空間位置上相差2π/3，如圖1所示。

這是一個以32im為幅值、-[WTBX]α[WTBX]為幅角的逆時針旋轉(zhuǎn)[GK!3]矢量。對于三相混合步進(jìn)電機(jī)，三相繞組可以連接成星形或者三角形，按照電路的基本原理三相之和為0即:

通常對三相混合式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制，需要產(chǎn)生相互獨立的三相給定信號，然而按照上述分析，只需要產(chǎn)生兩相繞組的給定信號，第三相繞組的給定信號可根據(jù)式(5)由其他兩相求得。同樣，只需要對相應(yīng)的兩相繞組的實際電流進(jìn)行采樣，第三相繞組的實際電流可根據(jù)式(5)求得。步進(jìn)電機(jī)是脈沖電路驅(qū)動的伺服執(zhí)行器件，在環(huán)行脈沖分配器的控制下，設(shè)輸入一個控制脈沖，[HK]電機(jī)繞組的通電狀態(tài)改變一次，三相步進(jìn)電機(jī)在三相六拍的控制方式下，A,B,C三相的通電狀態(tài)為：A-AB-B-BC-C-CA-A……。

2 混合式步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成與實現(xiàn)

基于AVR單片機(jī)和CPLD的三相混合式步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

系統(tǒng)主要包括脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路、邏輯合成電路、功率驅(qū)動電路和電源等4個部分。本設(shè)計采用的方法是：單片機(jī)采集到現(xiàn)場信號后計算出步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)所需要的控制信息，經(jīng)過參考電路與反饋信號發(fā)生相互作用，得到脈寬調(diào)制信號后再傳給CPLD，CPLD把接收到的信息轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)實際的控制信號，即轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向，輸出給電機(jī)的功率驅(qū)動電路模塊。下面具體介紹脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路和脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路部分。

2.1 PWM信號產(chǎn)生

脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路主要有單片機(jī)和的電路組成，如圖3所示。

單片機(jī)主要完成轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和細(xì)分?jǐn)?shù)的設(shè)定。脈沖信號(CP)和方向信號(CW)均由外部控制電路輸入，在脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路中通過高速光電耦合器件和外部控制電路隔離，盡量減少由脈沖信號引入干擾的可能性。中心控制器件采用ATMEL公司的ATTINY2313單片機(jī)， ATTINY2313單片機(jī)使用AVRRISC結(jié)構(gòu)，有32個8位通用工作寄存器，全靜態(tài)工作，工作于20 MHz時性能高達(dá)20 MIPS。內(nèi)部集成了128 B的系統(tǒng)內(nèi)可編程E2PROM和128 B的片內(nèi)SRAM，具有獨立預(yù)分頻器及比較模式的8位定時器/計數(shù)器，有兩個全雙工的串行通信口，集成看門狗復(fù)位電路，由于具有這些優(yōu)點，使得驅(qū)動電路變得更加簡潔和高效。在單片機(jī)的E2PROM內(nèi)存儲相應(yīng)的sin(α)和sin(α+2π/3)波形的函數(shù)值，單片機(jī)復(fù)位后，首先讀出PD3,PD4和PD5的值，來確定細(xì)分的大小，細(xì)分的數(shù)目可以任意設(shè)定，這使系統(tǒng)的通用性有了很大的提高。PD2口讀入脈沖，PD8讀入電動機(jī)的轉(zhuǎn)向。波形發(fā)生器的工作原理：在輸入步進(jìn)脈沖CP和方向邏輯控制信號CW的同時，來判定細(xì)分的數(shù)目，E2PROM中有選擇的讀出需要的sin(α)和sin(α+2π/3)波形函數(shù)細(xì)分值，在經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器TLC7528變成模擬量[3-5]。由于TLC7528只有兩路輸出，所以只能得到兩路模擬量，即在TL084B的第7(VOA)腳和14(VOB)腳得到相位差2π/3的正弦波。

由于需要的是三相相位差是2π/3的正弦波，可以用┦(5)的方法，在VOA和VOB的輸出端用一個加法器和一個反相器就得到第三相正弦波信號，式(6)為其簡單的推導(dǎo)。

2.2 功率驅(qū)動電路

功率驅(qū)動電路采用三菱公司的IPM功率模塊PS21564。PS21564是專用的電機(jī)控制器，適用于三相步進(jìn)電機(jī)控制。他內(nèi)部有三個相互獨立的高低端輸出通道，可以驅(qū)動工作電壓不高于600 V的MOSFET和IGBT。他自身的工作電源電壓范圍13-5～16-5 V，輸出驅(qū)動信號電壓為20 V，輸出最大正向峰值電流為30 A，他的輸出驅(qū)動信號的最小上升時間為600 ns，最小下降時間為300 ns，可以在較高的頻率下工作。通過外接采樣電阻，當(dāng)被驅(qū)動器件過流時，內(nèi)部的過流保護(hù)電路就會封鎖輸出，從而保護(hù)功率器件不被損壞。應(yīng)用HVIC實現(xiàn)集成電平轉(zhuǎn)移，高電平導(dǎo)通邏輯，可與DSP/MCU接口兼容。智能IPM功率模塊內(nèi)置短路、欠壓保護(hù)電路，輸入信號端內(nèi)置下拉電阻，外部無須再下拉電阻，熱阻低，易于散熱，2 500 V絕緣耐壓，驅(qū)動電路如圖5所示。

信號在CPLD內(nèi)轉(zhuǎn)化為PS21564所需要的六路橋，經(jīng)74HC14反相器輸入到PS21564，處理轉(zhuǎn)換成U,V,W來驅(qū)

3 結(jié) 語

利用本文設(shè)計的驅(qū)動器帶動90BYG306三相混合步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行試驗，三相繞組用三角形接法，采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全數(shù)字式電流環(huán)控制，三相正弦電流驅(qū)動輸出，使三相混合式步進(jìn)電機(jī)低速無爬行、無共振區(qū)、噪音小。該系統(tǒng)具備細(xì)分和半流功能，多種細(xì)分選擇，最小步矩角可設(shè)置為0.036°。采用細(xì)分驅(qū)動后扭矩波動大大減小，從而消除了低頻振蕩對系統(tǒng)的影響，同時降低了高頻失步對系統(tǒng)的影響。單片機(jī)程序由ICCAVR編寫，復(fù)雜可編程邏輯器件程序由ISE 9.1i編寫。由于步矩角減小電機(jī)分辨率高，波形輸出穩(wěn)定，電機(jī)運行更平滑，噪聲更小電機(jī)驅(qū)動平穩(wěn)。另外驅(qū)動電路具備短路、過壓、欠壓、過熱等保護(hù)功能，可靠性高。

參考文獻(xiàn)

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［5］Chung D W.Unified Voltage Modulation Technique for Real Time Three-Phase Power Conversion[J].IEEE Trans.on Ind.,1998(34):374-380.

作者簡介

陳祥濤 男，1978年出生，碩士研究生。研究方向為控制理論與控制工程，信號與信息處理。

第6篇：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文

【關(guān)鍵詞】晾衣架智能控制 傳感器 單片機(jī)

隨著社會的快速發(fā)展，各種高科技產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入到人們的生活中，給人們的衣食住行帶來極大便利，而智能家居更是日益普及。目前市面上有自動升降晾衣架，有自動伸縮晾衣架，但大多需半手動控制。本文介紹了一種基于傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)實現(xiàn)智能控制晾衣架的方法，介紹了在晾衣架的應(yīng)用中，如何實現(xiàn)智能控制，以應(yīng)對各種天氣突變情況，在不需要人工操作的情況下，隨著天氣變化，智能控制晾曬的衣物，保證晴天條件下正常晾曬，在雨天不被淋濕，在大風(fēng)天氣不被風(fēng)吹走。

1 機(jī)械裝置結(jié)構(gòu)分析

普通的晾衣架通常只有簡單的機(jī)械機(jī)構(gòu)，為搭建適合電器設(shè)備實現(xiàn)智能控制的條件，要先對晾衣架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。晾衣桿為表面光滑的金屬桿體，在晾衣桿上面拴上一定適當(dāng)大小的金屬圓環(huán)，晾衣桿與圓環(huán)摩擦力較小，圓環(huán)下方可懸掛衣物。回收衣服時，步進(jìn)電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）并通過上方細(xì)鋼繩拉動最右邊圓環(huán)向左移動，逐漸靠攏其他衣物，直至所有衣物回收至避雨區(qū)，此過程下方鋼繩處于釋放狀態(tài)。恢復(fù)晾曬狀態(tài)時，步進(jìn)電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)）通過圓環(huán)下方鋼繩與定滑輪，拉動最右邊圓環(huán)向右移動，因圓環(huán)間有鋼繩相連，所以衣物也隨著圓環(huán)被逐漸拉開而展開晾曬。

2 控制電路研究與設(shè)計

根據(jù)功能要求，電路的設(shè)計包括控制電路、傳感器電路、電機(jī)驅(qū)動電路。傳感器電路包括雨滴傳感器電路、風(fēng)力傳感器電路和光敏傳感器電路，整體的電路原理圖如圖2。

2.1 控制電路設(shè)計

主控電路采用宏晶科技公司生產(chǎn)的新一代8051單片機(jī)STC12C5A60S2，更高速、功耗更低，且保密性更強(qiáng)，抗干擾能力也更好 。外接5V電源、時鐘電路、復(fù)位電路單片機(jī)正常工作，P0端推挽輸出需外接上拉電阻，運行時保持掃描外接傳感器電路端口，根根命令驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行功能操作。下雨或者強(qiáng)風(fēng)時步進(jìn)電機(jī)動作回收衣物到避雨避風(fēng)區(qū)，在掃描到傳感器電路恢復(fù)為起始狀態(tài)時，步進(jìn)電機(jī)動作使衣物恢復(fù)晾曬狀態(tài)。

2.2 傳感器電路設(shè)計

電路要感知天氣的變化情況，需要用到兩種類型傳感器設(shè)備，按照功能要求，傳感器電路包括雨滴傳感器電路、風(fēng)力感應(yīng)電路。為確保單片機(jī)掉電后能判斷晾衣桿狀態(tài)，可設(shè)計一個光敏傳感器電路。

雨滴傳感器電路可使用一個面積6×6cm2的短接感應(yīng)板，板上兩個觸點，A觸點串聯(lián)10K電阻接到5V電源正極，同時也連接到電壓比較器，B觸電接電源負(fù)極。晴朗天氣時，A觸點電壓高于電壓比較器基準(zhǔn)電壓端，電壓比較器輸出高電平給單片機(jī) 。當(dāng)感應(yīng)到雨水時，板上的觸點被短接，使電壓比較器輸出低電平。天氣陰轉(zhuǎn)晴時，短接感應(yīng)板雨水被風(fēng)干，A觸電恢復(fù)到+5V，此時電壓比較器輸出高電平到單片機(jī)。

風(fēng)力感應(yīng)電路由三個半徑2cm半球空心扇葉（扇葉間角度120°）、一個直流發(fā)電機(jī)、電流放大電路和電壓比較電路構(gòu)成。衣物正常晾曬狀態(tài)下，若風(fēng)力較小時，扇葉轉(zhuǎn)動較慢，發(fā)電機(jī)輸出電流較小，此時電壓比較器輸出低電平給單片機(jī)。當(dāng)風(fēng)力強(qiáng)度較大時，發(fā)電機(jī)輸出電流通過放大電路進(jìn)行電流放大，并把電流變化轉(zhuǎn)換為電壓變化送入電壓比較電路，電壓比較電路輸出高電平到單片機(jī)。

光敏傳感器電路中光敏電阻被最右邊圓環(huán)帶的遮光小板擋住時，阻值較大，通過電壓比較器向單片機(jī)發(fā)送高電平信號，沒被遮光小板擋住時通過電壓比較器向單片機(jī)發(fā)出低電平。

2.3 電機(jī)驅(qū)動電路

考慮到單片機(jī)I/O最大驅(qū)動電流20mA，無法直接驅(qū)動選型的步進(jìn)電機(jī)工作，可先用L298N驅(qū)動芯片進(jìn)行電流放大，再送給高頻大功率開關(guān)管2SC5706基極 。2SC5706能承受最高50V電壓，最大工作電流5A，最大輸出功率15W，響應(yīng)頻率50KHz，能滿足單片機(jī)的脈沖響應(yīng)頻率要求。工作時，集電極電壓24V，作為兩相四線電機(jī)驅(qū)動芯片，能滿足驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)正常工作的需要。

2.4 步進(jìn)電機(jī)的選用

步進(jìn)電機(jī)在電機(jī)應(yīng)用上能更快速地改變狀態(tài)與轉(zhuǎn)速，根據(jù)普通家庭晾曬衣服的重量情況，選用一種市面上有售的大力矩混合式步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)兩相四線，步距角1.8°，最大電流5A，輸出力矩可達(dá)8N?m，滿足晾衣桿速度與拉力要求。

3 控制程序設(shè)計

步進(jìn)電機(jī)采用兩相四拍工作方式 ：A-B- A'- B'-A-...... 。通過單片機(jī)P1.0-P1.5個端口控制，P1.4、P1.5控制L298N芯片使能端，把控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的脈沖以十六進(jìn)制數(shù)進(jìn)行數(shù)組定義，例如正轉(zhuǎn)：

unsigned char code Z_Rotation[8]={0x38，0x34，0x32，0x31}；

單片機(jī)上電后對端口進(jìn)行初始化設(shè)置后，開始判斷光敏傳感器電路端口的電平狀態(tài)，若為低電平則向電機(jī)驅(qū)動電路發(fā)送脈沖信號，并保持掃描該端口信號，直至掃描到該端口為高電平時停止發(fā)送脈沖信號，此時晾衣桿衣物處于晾曬狀態(tài)。之后單片機(jī)開始掃描雨滴傳感器電路和風(fēng)力感應(yīng)電路端口信號，若掃描到雨滴傳感器端口為低電平，判斷光敏傳感器端口是否為低電平，是的話向驅(qū)動電路發(fā)送反轉(zhuǎn)脈沖，并延時停止，衣物回收到避雨區(qū)，每隔10min掃描該端口狀態(tài)，高電平時向驅(qū)動電路發(fā)送正轉(zhuǎn)脈沖，延時停止。若單片機(jī)掃描風(fēng)力感應(yīng)電路端口信號為高電平延時30s再次判斷，確定強(qiáng)風(fēng)持續(xù)的時間超過30s，判斷光敏傳感器電路端口狀態(tài)，若為高電平則向驅(qū)動電路發(fā)送反轉(zhuǎn)脈沖。此后，單片機(jī)每隔10min掃描該端口信號，若掃描到端口為低電平，延時30s再次判斷為低電平時，則向驅(qū)動電路發(fā)出正轉(zhuǎn)脈沖，延時停止。從而實現(xiàn)晾衣架的智能控制。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

林舜杰，男，廣東省潮州市人。碩士學(xué)位。現(xiàn)為廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院教師。

第7篇：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文

步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于對精度要求比較高的運動控制系統(tǒng)中，如機(jī)器人、打印機(jī)、軟盤驅(qū)動器、繪圖儀、機(jī)械閥門控制器等。目前，對步進(jìn)電機(jī)的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器體積比較大，同時由于分散器件的延時，其可靠性大大降低；軟件環(huán)形分配器要占用主機(jī)的運行時間，降低了速度；專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器集成度高、可靠性好，但其適應(yīng)性受到限制，同時開發(fā)周期長、需求費用較高。通用陣列邏輯GAL(Generic Array Logic)是美國Lattice公司研制的一種電可擦除的可編程的新型PLD器件。近幾年來，GAL以其高性能、高可靠性、可擦除及輸出邏輯結(jié)構(gòu)可組態(tài)等特性和100％的成品率，博得廣大用戶的信賴。它可以用來構(gòu)成譯碼器、優(yōu)先級編碼器、多路開關(guān)、比較器、移位寄存器、計數(shù)器、總線仲裁器等。采用GAL器件對三相步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，不僅簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了成本，而且編程靈活方便，提高了系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。

1 三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制要求

矩角特性是步進(jìn)電機(jī)運行時一個很重要的參數(shù)，矩角特性好，步進(jìn)電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩就大，運行不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進(jìn)電機(jī)的運行拍數(shù)來實現(xiàn)。三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情況下，三相步進(jìn)電機(jī)采用三相六拍運行方式。三相步進(jìn)電機(jī)工作在三相六拍運行方式時，每個狀態(tài)的變化使電機(jī)轉(zhuǎn)動1／6齒距，三相激勵規(guī)律為A-AB-B-BC-C-CA共六拍，對應(yīng)時序如圖1所示。A、B、C分別代表接到三相步進(jìn)電機(jī)A相、B相、C相繞組的驅(qū)動脈沖。

通常，步進(jìn)電機(jī)的脈沖控制是由邏輯電路實現(xiàn)的。在計算機(jī)控制的系統(tǒng)中，也可以通過編制程序，由擴(kuò)展I／O口輸出脈沖來決定電機(jī)的運行方式、方向及轉(zhuǎn)速。這種方式電路簡單、控制靈活，但占用CPU的時間過多，每次驅(qū)動電機(jī)時，PC機(jī)都得被占用。本文采用可編程邏輯器件(PLD)中的GALl6V8設(shè)計邏輯電路。在此，選三個控制信號：(1)啟動控制信號S，當(dāng)S=1時為停止，S=0為啟動；(2)正反轉(zhuǎn)控制信號D，當(dāng)D=1時電機(jī)正轉(zhuǎn)，D=0時電機(jī)反轉(zhuǎn)；(3)轉(zhuǎn)速切換信號R和C，當(dāng)R=0、C=0時，頻率為fck；R=1、C=1時，頻率為fck／2。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常都是通過改變時序脈沖的頻率來控制的，所以這里用頻率來表示轉(zhuǎn)速的改變。由于GAL器件所有觸發(fā)器的時鐘是連在一起的，不能同時引入兩種以上頻率的時鐘，因此從改造組合邏輯部分人手，達(dá)到對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的二分頻控制。同理也可以實現(xiàn)四相八拍、五相十拍、六項十二拍的步進(jìn)電機(jī)控制，這就比專用的集成電路功能更強(qiáng)。

2 采用GAL控制脈沖分配的邏輯設(shè)計

若采用集成電路芯片來實現(xiàn)三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制，所用器件較多，電路一般比較復(fù)雜。為了滿足電機(jī)轉(zhuǎn)速的二分頻，在同一時鐘頻率控制下，必須利用一個D型觸發(fā)器，通過C參與組合邏輯來實現(xiàn)。其邏輯電路如圖2所示。CK為控制信號，三個D型觸發(fā)器的輸出O、P、Q分別接步進(jìn)電機(jī)的三項繞組。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動相數(shù)及控制要求，必須有相應(yīng)于相數(shù)的延遲觸發(fā)器保持現(xiàn)態(tài)與次態(tài)間的轉(zhuǎn)換過程。對此，可利用GAL中八個輸出邏輯宏單元中的三個來完成，電機(jī)的工作狀態(tài)(O、P、Q)中的現(xiàn)態(tài)與控制信號(S、R、D)可通過GAL的與、或陣列組合邏輯來完成。

2．1 邏輯控制狀態(tài)表

按照電機(jī)的激勵規(guī)律，在時序脈沖作用下，時序電路的狀態(tài)將在六個狀態(tài)中循環(huán)，驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn)。這里用a、b、c、d、e、f分別表示其六個狀態(tài)，即a=100、b=110、c=010、d=011、e=001、f=101。根據(jù)邏輯電路圖可得其狀態(tài)表，如表1所示。

表1 邏輯控制狀態(tài)表

         S

     RDC

現(xiàn)態(tài)10×000010100110101111aafbfbaabbecacbbccddbdccddceceddeebfdfeeffaaeaff表1中分頻控制量R決定C的取值，即C=RC。當(dāng)R=0時，電機(jī)按fck頻率運行，當(dāng)R=1時，C重復(fù)取0和1，電機(jī)按fck／2頻率運行。

2．2 狀態(tài)真值表

由表1可得狀態(tài)真值表，如表2所示。表中O、P、Q狀態(tài)是在時鐘脈沖控制下變化的，在控制變量的控制下，決定電機(jī)的啟動、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速大小。

表2 狀態(tài)真值表

OPQSRDCDoDpDq　OPQSRDCDoDpDq1000010110　01101100011100010011　00101110010110010001　00101101010110010001　10101111010010010101　10101101001010010100　10001011001000000101　10001001011010000001　10101011010010000011　10101000010110000010　00101010010100000110　00101000111100000100　01101010111000111100　01101000101000110110　01001010101100111110　01001001101100110010　11001011100100110010　11011001000100110011　×××1×××0000110111011

2．3 卡諾圖

在卡諾圖中，輸入變量分兩排表示，變量的取值次序按照循環(huán)碼排列。這種排列方法使得卡諾圖中幾何上相鄰的兩個小方塊所代表的最小項只有一個變量不同這正是利用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的基礎(chǔ)。

對于多變量輸入，使用卡諾圖時要注意以下幾點：

(1)按照"最少、最大"的原則(即圈數(shù)最少，圈內(nèi)的最小項個數(shù)盡可能多)圈起所有取值為1的相鄰相。

(2)卡諾圖中四個角與兩對邊的各項也是相鄰的，卡諾圖里上、下或左右部分中對稱的項也是相鄰的。

(3)每圈一個矩形圈時，必須至少包含一個在其它圈中未出現(xiàn)過的最小項，否則出現(xiàn)重復(fù)而得不到最簡式。 (4)每一個取值為"1"的小方塊都可以被圈多次，但不能遺漏，最小圈可以只包含一個小方塊，即不能簡化。

以O(shè)為例，由狀態(tài)真值表可得其卡諾圖，如圖3所示。根據(jù)圈數(shù)和最小項可得其邏輯表達(dá)式為：

同樣，也可以求得P、Q的邏輯表達(dá)式

圖3

3 GAL的軟件設(shè)計

3．1 GAL器件選型及引腳變量分配

GAL器件有多種型號，根據(jù)設(shè)計的需要，同時從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，選用GALl6V8來實現(xiàn)三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制。

3．2 GAL源文件設(shè)計

根據(jù)控制要求和編程格式，對已得到的時序邏輯方程編寫的源文件如下：

在實際輸入時不需要加入，注釋行以"；"開始。將上述源文件輸入計算機(jī)，再對文件進(jìn)行編譯或匯編以生成JEDEC文件、引腳配置圖、熔絲圖等。用編程器對GAL器件進(jìn)行編程，編程器在編程結(jié)束后還具有對編程芯片所有的存儲單元進(jìn)行自動檢驗的功能。

第8篇：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文

關(guān)鍵詞:恒轉(zhuǎn)矩 斬波恒流 均勻細(xì)分 驅(qū)動電路

1、引言

步進(jìn)電機(jī)是一種將離散的電脈沖信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置,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,是一種輸出與輸入脈沖對應(yīng)的增量驅(qū)動元件。該元件具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應(yīng)頻率高等優(yōu)點,已經(jīng)在當(dāng)今工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。但其步矩角較大,一般為1．5°～3°,滿足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求。實現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動是減小步距角、提高步進(jìn)分辨率、增加電機(jī)運行平穩(wěn)性的一種行之有效的方法。

本文在選擇了合理的電流波形的基礎(chǔ)上,提出了基于TSC87C51單片機(jī)控制的恒流細(xì)分驅(qū)動方案,其運行功耗小,可靠性高,通用性好,具有很強(qiáng)的實用性。

2、硬件設(shè)計要求及原理

2.1 設(shè)計要求

（1）供電電源:10V～40VDC容量0.03KVA。（2）輸出電流:共分0.9A、1.2A、1.5A、1.8A、2.1A、2.4A、2.7A、3.0A8檔可選,以配合不同電機(jī)使用。（3）驅(qū)動方式:恒相流PWM控制。（4）細(xì)分選擇:整步、半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分、64細(xì)分的七種細(xì)分模式可選。（5）自動半電流:若上位機(jī)在半秒中內(nèi)沒有發(fā)出步進(jìn)脈沖,驅(qū)動器自動進(jìn)入節(jié)電的半電流運行模式。

2.2 電氣接口要求

2.2.1 輸入信號

脈沖信號輸入:脈沖信號,5mA～12mA,高電平+5V電平,脈沖信號,最高頻率為70KHz。方向信號輸入:高、低電平,5mA～12mA,高電平+5V。脫機(jī)信號輸入:高、低電平,5mA～12mA,高電平+5V。公共端輸入:+5V電源。

2.2.2 輸出信號

兩相步進(jìn)電機(jī)繞組接口:繞組A接:A+,A-;繞組B接:B+,B-。

2.3 硬件設(shè)計原理

系統(tǒng)采用TSC87C51單片機(jī)接收命令,并將輸入命令進(jìn)行綜合處理,控制二相步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)、運行速度、單次運行線位移、以及啟停等的控制;既可由鍵盤輸入,也可通過與上位機(jī)的串行通信口由上位機(jī)設(shè)置。單片機(jī)主要功能是輸出EEPROM中存儲的細(xì)分電流控制信號進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換。根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求,本控制系統(tǒng)選用的是8位雙通道的TCL7528轉(zhuǎn)換器。

單片機(jī)接收的信號有上位機(jī)的命令信號、手動輸入細(xì)分模式編碼信號。輸出信號有電流細(xì)分控制信號,步進(jìn)電機(jī)運行控制信號。細(xì)分模式編碼由撥碼開關(guān)S1的1,2,3開關(guān)人工設(shè)定,共有8種細(xì)分模式可選,單片機(jī)P1口為細(xì)分模式編碼輸入I/O口。上位機(jī)的命令信號由單片機(jī)的中斷INT0、INT1和P3.4接收。其中INT0與脈沖信號對應(yīng),INT1與方向信號對應(yīng),P3.4與脫機(jī)信號對應(yīng)。單片機(jī)P0口輸出8位數(shù)據(jù)是與細(xì)分電流相對應(yīng)的。P0口8位數(shù)據(jù)輸出給D/A轉(zhuǎn)換器TLC7528數(shù)據(jù)輸入端,對工作電流進(jìn)行分割,以控制每級細(xì)分電流大小。

步進(jìn)電機(jī)的運行控制信號由單片機(jī)P2口輸出。命令信號輸入電路由S2接線端子,光電耦合器、信號整形電路等組成。上位機(jī)命令信號由S2接線端輸入,S2接線端子1、2、3、4分別與脫機(jī)信號、方向信號、脈沖信號、公共端對應(yīng)。驅(qū)動器輸入信號采用共陽極接線方式。輸入信號電源正極接在公共端。輸入控制信號接到對應(yīng)信號端子上。控制信號低電平時,對應(yīng)內(nèi)部光耦導(dǎo)通,控制信號輸入驅(qū)動器。脈沖信號下降沿被驅(qū)動器解釋為一個有效脈沖,并驅(qū)動電機(jī)運行一步。方向信號高電平和低電平控制電機(jī)兩個轉(zhuǎn)向,該端懸空,等效輸入高電平。控制電機(jī)轉(zhuǎn)向時,應(yīng)確保方向信號領(lǐng)先脈沖信號至少10μS建立,可避免驅(qū)動器對脈沖錯誤響應(yīng)。脫機(jī)信號高電平或懸空對應(yīng)轉(zhuǎn)子鎖定狀態(tài),低電平對應(yīng)轉(zhuǎn)子自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）。電機(jī)繞組工作電流編碼電路由撥碼開關(guān)S1和電阻組成。電阻公共端接+5V。電機(jī)繞組工作電流有8種可選。工作電流設(shè)定電路為一串聯(lián)電阻分壓電路。串聯(lián)電阻的一端接電源+5V,另一端接電源地,將+5V電壓進(jìn)行分壓,對應(yīng)8種工作電流。

D4是多路選擇開關(guān)HEF4051BT。D4輸出和串聯(lián)電阻分壓電路輸出連接。D4的通道編碼輸入端A0、A1、A2與撥碼開關(guān)S1的5,6,7開關(guān)相連。在人工選定工作電流后,D4將串聯(lián)電阻分壓電路的相應(yīng)電壓選人,并傳送到D4輸出端Z。D/A轉(zhuǎn)換器D3由雙通道的TCL7528構(gòu)成。電流細(xì)分具體操作由D3來實現(xiàn)。D8、D9是雙D觸發(fā)器74HC74。觸發(fā)器的輸出信號與軟件功能密切相關(guān)。電機(jī)的運行狀態(tài)完全由觸發(fā)器的輸出信號決定。單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分別控制P-MOS場效應(yīng)管Q1、Q2、Q4、Q3,而其反向信號/P2.0、/P2.1、/P2.2、/P2.3則分別控制N-MOS場效應(yīng)管Q6、Q5、Q7、Q8。D7選用高電壓、高電流的集成達(dá)林頓晶體管陣列,它的內(nèi)部包含7個NPN達(dá)林頓對,為集電極開路的三極管結(jié)構(gòu)。電平變換電路由八路三極管構(gòu)成的電路組成。其功能是將觸發(fā)器輸出的控制信號變換為可以控制功率場效應(yīng)管的信號。觸發(fā)器Q端、/Q端共8個信號輸出給達(dá)林頓晶體管陣列,再經(jīng)電平變換電路變換后的輸出信號,用于控制功率場效應(yīng)管的柵極。場效應(yīng)管功率輸出電路由兩個H橋電路組成,上橋臂由P-MOS場效應(yīng)管組成,下橋臂由N-MOS功率場效應(yīng)管組成。Q1、Q2、Q5、Q6組成一組H橋,控制步進(jìn)電機(jī)A繞組,Q3、Q4、Q7、Q8組成另一組H橋,控制步進(jìn)電機(jī)B繞組。

直流穩(wěn)壓電源電路由輸入直流電源、穩(wěn)壓器LM317、穩(wěn)壓器7805組成。穩(wěn)壓器輸出+12V電壓、+5V電壓。+5V電壓供數(shù)字電路使用,+12V供電平轉(zhuǎn)換電路使用,輸入直流電源供電平轉(zhuǎn)換電路以及場效應(yīng)管功率輸出電路使用。輸出電流檢測電路由A組、B組低通濾波器組成。

3、軟件設(shè)計

步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動系統(tǒng)的軟件主要由主控程序、細(xì)分驅(qū)動控制中斷服務(wù)程序、細(xì)分控制查表子程序三部分組成,此節(jié)程序?qū)⒉辉僭斒觥?/p>

4、結(jié)語

本文提出并實現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)均勻細(xì)分驅(qū)動器,最高細(xì)分達(dá)到64,能適應(yīng)大多數(shù)中小微型步進(jìn)電機(jī)的可變細(xì)分控制、較高細(xì)分步距角精度、及平滑運行等要求。細(xì)分驅(qū)動器的系統(tǒng)功能完善,大量新型元器件的采用,使所設(shè)計的驅(qū)動器具有體積小、細(xì)分精度高、運行功耗低、可靠性高、可維護(hù)性強(qiáng)等特點。系統(tǒng)軟件功能豐富,通用性強(qiáng),從而使控制系統(tǒng)更加靈活,具有很高的推廣價值和廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

第9篇：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路范文

關(guān)健詞：步進(jìn)電機(jī)；Proteus軟件；單片機(jī)；Keil uVision編程

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2012）05-0153-02

0引言

步進(jìn)電動機(jī)是一種將數(shù)字式電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的機(jī)電信號，它的機(jī)械角位移與輸入的數(shù)字脈沖信號有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系：即一個脈沖信號可以使步進(jìn)電動機(jī)前進(jìn)一步。步進(jìn)電動優(yōu)點多，如可以直接實現(xiàn)數(shù)字控制，控制性能好，無摩擦，抗干擾能力強(qiáng)，誤差不長期積累，具有自鎖能力和保持轉(zhuǎn)矩的能力。在數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、儀器儀表、機(jī)器人等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。由于它是一種用脈沖控制的電機(jī)，利用單片機(jī)的四個8位可編程I/O口很容易實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。

1四相步進(jìn)電機(jī)的控制原理

1.1 控制要求：①能對轉(zhuǎn)速和步數(shù)進(jìn)行控制；②可實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。

1.2 轉(zhuǎn)速和步數(shù)的控制單四拍也叫一相勵磁，特點是精度好，功耗小，但輸出轉(zhuǎn)矩小，振動較大。步距角等于電機(jī)標(biāo)稱的步距角；雙四拍也叫二相勵磁，特點是輸出轉(zhuǎn)矩大，振動小，但功耗大。步距角等于電機(jī)標(biāo)稱的步距角；除此之外還有一二相勵磁，特點是分辨率高，運轉(zhuǎn)平滑。步距角為電機(jī)標(biāo)稱的1/2。本文對雙四拍進(jìn)行介紹，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率。從圖1可以看出，當(dāng)改變輸入脈沖的周期時，ABCD四相繞組高低電平的寬度將發(fā)生變化。這就導(dǎo)致通電和斷電變化的速率發(fā)生變化，使電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。所以調(diào)節(jié)輸入脈沖的周期就可以控制步進(jìn)電機(jī)的運動速度，改變脈沖數(shù)量就可以控制步數(shù)。

1.3 正、反轉(zhuǎn)控制步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制可通過改變步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向，四相雙四拍步進(jìn)電機(jī)通電順序為AB―BC―CD―DA―AB……時電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)繞組按AD―DC―CB―BA―AD……順序通電時電機(jī)反轉(zhuǎn)。如表1所示。

2以AT89C51芯片為核心的硬件設(shè)計

單片機(jī)AT89C51作為系統(tǒng)的主控單元，它接收外界按鈕給出的控制信號，包括正反轉(zhuǎn)、速度檔位等信號，通過處理，由驅(qū)動器對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。

2.1 輸入、輸出口控制使用P0口擴(kuò)展方式，K1~K2為正反轉(zhuǎn)控制按鈕，K3~K8為從低至高轉(zhuǎn)速控制。步進(jìn)電機(jī)的輸入輸出都通過P0口進(jìn)行連接。其中輸入口采用74LS244，該集成是一種施密特觸發(fā)的3態(tài)8位緩沖器，抗干擾能力強(qiáng)，一般用作總線驅(qū)動器和并行輸入口。當(dāng)它的19腳OE控制端為低電平時，輸出等于輸入（直通），當(dāng)控制端接高電平時，輸出呈高阻態(tài)。74LS244沒有鎖存的功能。地址鎖存器就是一個暫存器，它根據(jù)控制信號的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來，地址設(shè)為8200H；輸出口采用74LS273，該集成是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器，1D～8D為數(shù)據(jù)輸入端，1Q～8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作數(shù)據(jù)鎖存器,地址鎖存器，第一腳WR：主清除端，低電平觸發(fā)，即當(dāng)為低電平時，芯片被清除，輸出全為0（低電平）；CP（CLK）：觸發(fā)端，上升沿觸發(fā)，即當(dāng)CP從低到高電平時，D0~D7的數(shù)據(jù)通過芯片，為0時將數(shù)據(jù)鎖存，D0~D7的數(shù)據(jù)不變，地址設(shè)為8300H。

2.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動采用SGS公司的電動機(jī)驅(qū)動集成L298，該集成內(nèi)部含二個H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號，可驅(qū)動46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓。

3利用PROTEUS設(shè)計電路圖

3.1 Proteus軟件特點Proteus功能強(qiáng)大，不單具有其它EDA的原理圖、PCB布線和電路仿真功能，還有其它EDA無法相比的特點：①互動的電路仿真。用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD等器件。②仿真處理器及其電路。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Protues建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。它包括了智能原理圖設(shè)計（ISIS）、完善的電路仿真（Prospice）、獨特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（VSM）、實用的PCB設(shè)計平臺四大功能。在Proteus繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件，可以在Proteus的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。由于Proteus提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表。隨著科技的發(fā)展“計算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計部門重要的前期設(shè)計手段。它具有設(shè)計靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點。可使設(shè)計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險。

3.2 元件清單列表（表2）

3.3 電路圖（圖2）

4軟件設(shè)計

編程的思路是：在P0.0~P0.3依次產(chǎn)生一個高電平的脈沖信號，并適當(dāng)延時每個信號間的時間，就可以這實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速控制。程序分為兩部分，一部分是按鈕判斷，另一部分是波形產(chǎn)生和輸出。其中K1按鈕控制步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動，K2按鈕控制步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動，K3~ K8分別為步進(jìn)電機(jī)六種速度開關(guān)。當(dāng)K1或K2其中一個按鈕按下，同時K3~K8之間只有一個按鈕按下，步進(jìn)電機(jī)才轉(zhuǎn)動。否則步進(jìn)電機(jī)停止。K1和K2同時按下，電機(jī)停止。程序流程圖如圖3。

5在Keil uVision下進(jìn)行源程序編譯與聯(lián)調(diào)仿真

5.1 源程序編譯在Keil集成開發(fā)環(huán)境下，它使用工程的方法來管理文件，所有的文件包括源源程序（如C程序、匯編程序）、頭文件等都可以放在工程項目文件里統(tǒng)一管理，其創(chuàng)建的步驟是：

①新建立工程項目文件；②選擇目標(biāo)器件（ATMEL公司的AT89C51）；③設(shè)置軟硬件調(diào)試環(huán)境；④創(chuàng)建源程序文件并輸入程序代碼；⑤將源程序文件添加到項目中。⑥調(diào)試并仿真。

5.2 聯(lián)調(diào)及仿真在Proteus中，雙擊單片機(jī)AT89C51，打開其屬性編輯框，在“Program File”欄中選取擴(kuò)展名為“.HEX”的目標(biāo)代碼文件，并將其時鐘頻率改為12MHZ。再在在Proteus仿真界面中啟動仿真，用鼠標(biāo)單擊電路圖中的按鈕，就可以看到步進(jìn)電機(jī)的運轉(zhuǎn)情況了。

6結(jié)束語

介紹了四相雙四拍步進(jìn)電機(jī)的工作原理，對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向進(jìn)行了分析。并利用Proteus對步進(jìn)電機(jī)控制運行進(jìn)行了軟件和硬件的設(shè)計，通過AT89C51，可以很方便地控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)度和轉(zhuǎn)向，仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)具有器件簡單，運行性能穩(wěn)定的特點，達(dá)到比較滿意的控制效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱清慧.Proteus教程.清華大學(xué)出版社,2008.