步進電機驅動電路精選(九篇)

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第1篇：步進電機驅動電路范文

1　PMM8713的功能特點

PMM8713是日本三洋電機公司生產的步進電機脈沖分配器。該器件采用DIP16封裝，適用于二相或四相步進電機。PMM8713在控制二相或四相步進電機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嵌有施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力很強，其原理框圖如圖1所示。

在PMM8713的內部電路中，時鐘選通部分用于設定步進電機的正反轉脈沖輸入法。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兩端分別輸入步進電機正反轉的控制脈沖。當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，步進電機的正反轉方向由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)形計數器則用于產生步進電機在選定的勵磁方式下的各相通斷時序信號。

2 SI－7300A的結構及功率驅動原理

SI－7300A是日本三肯公司生產的高性能步進電機集成功率放大器。該器件為單極性四相驅動，采用SIP18封裝，其結構框圖如圖3所示。

步進電機功率驅動級電路可分為電壓和電流兩種驅動方式，電壓驅動方式有串聯電阻驅動和雙電壓驅動兩種，其中串聯電阻驅動在相繞組中串聯了一定阻值和功率的電阻。為了維持步進電機的相電流，通常要提高驅動繞組的相電壓，因此繞組串聯電阻驅動方式效率較低，但方法簡單，成本低，故在實際驅動電路中使用較多。雙電壓驅動在每相繞組導通時，首先施加高電壓VH使電流快速上升，當電壓上升到規(guī)定幅值時，將高電壓VH切斷，此時，回路以低電壓VL維持，電路驅動效率可大大提高，但因采用高低兩種驅動電源，且電源切換的控制電路比較復雜，因而較少采用。電流驅動方式最常用的是PWM恒流斬波驅動電路，也是專用集成電路中最常用的能獲得高性能的驅動方式，其中一相的等效電路圖如圖4所示。步進電機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。當電流下降到規(guī)定時間后（達到某一電流）由脈沖電路產生脈沖至斬波控制電路可使T1接通，如此反復（由T1的反復開關）對繞組電流進行斬波控制，就可使電流平均值趨于恒定。外接穩(wěn)壓二極管D2、D3可用作嵌位保護和內部集成續(xù)流回路（外接檢測電阻RS），從而避免T1開關所引起的尖峰感應電動勢所造成的尖峰電壓T1的危害。

3　在步進電機中應用

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

由SI—7300A、PMM8713和80C51構成的步進電機驅動電路如圖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，當接高電平時可以適當提高SI—7300A的輸出電流IO。步進電機的旋轉方向和旋轉速度可通過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，以輸出相應頻率的脈沖來控制步進電機。步進電機采用42BYG009型時，驅動電壓為24V，此時該功率驅動電路的矩頻特性如圖6所示。

圖5

4　結束語

第2篇：步進電機驅動電路范文

關鍵詞：步進電機；驅動；H橋

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

步進電機廣泛運用于各種數字控制系統(tǒng)中，其精度高，運行可靠，是各種自動化控制系統(tǒng)中的關鍵部件。本文以小功率兩相步進電機為對象，介紹了一種基于PIC24F單片機，采用藍牙無線通信、手機端APP控制的步進電機控制器設計，硬件部分包括步進電機驅動電路、電機電壓電流檢測電路、MCU控制電路、電源電路以及機殼溫度監(jiān)測電路，結合所設計的軟件和手機端APP，實現了步進電機的無線控制及參數檢測。

1 總體方案設計

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

2 硬件設計

2.1 步進電機驅動電路

在H橋電路的基礎上設計步進電機驅動電路。采用分立元件MOS管搭建雙H橋驅動電路是成熟的電機控制方案，電路不復雜，性能可靠，根據MOS管的不同工作電流的上限甚至可以高達數十安培，是理想的步進電機驅動器方案。

MOS管H橋驅動電路有NMOS構型和PMOS+NMOS構型，全NMOS管H橋導通電阻更小，但上橋臂的NMOS管的導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雜程度和成本，我們采用PMOS+NMOS構型方式搭建雙H橋步進電機驅動電路，電路更簡潔，成本更低；且在這樣的小電流工作場合，PMOS所增加的導通損耗可以忽略不計。驅動電路與MCU之g進行光電隔離，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，使步進電機運行更安全穩(wěn)定MOS管選用IRF5305和IRF1205，其參數為55V、110A，TO252貼片封裝。步進電機驅動電路原理圖如圖2所示。

2.2 電機參數測量電路

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

電機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。電壓電流信號調理電路采用LM324運放搭建，電壓跟隨后送入MCU，由MCU內置10Bit A/D轉換器進行A/D采樣。機殼溫度監(jiān)測選用數字溫芯片DS18B20，將其貼至電機外殼表面，實時監(jiān)測溫度參數并送入MCU。電機參數檢測電路原理圖如圖3所示。

在進行電路設計時，使用0歐姆電阻將模擬地（AGND）和數字地（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，驅動電路用輸入電壓供電，MCU和藍牙模塊需要額外的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)熱嚴重，因此使用DC―DC開關電源方式提供3.3V電壓。開關穩(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 軟件設計

3.1 無線步進電機驅動器軟件設計

主控芯片通過藍牙模塊經串口接收來自手機APP的電機控制指令，以此控制電機轉速、步數、轉動方向等參數；同時將采集到的電機參數經A/D轉換、軟件濾波后通過藍牙模塊發(fā)送至手機端。系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。

3.2 手機端APP軟件設計

手機端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。軟件可配置電機步數、速度、轉動方向等參數，并通過藍牙發(fā)送至控制器；同時接收控制器發(fā)送的電機參數，并對參數進行解碼、顯示、保存。手機端APP如圖6所示。

4 結束語

本設計實現了以PIC24FJ64GA004單片機為控制核心，MOS管雙H橋驅動，電機電壓、電流、溫度采集，藍牙傳輸的無線步進電機控制器。并通過C語言開發(fā)了控制器程序，通過中文語言“易安卓”完成了手機端APP設計，實現了步進電機的低成本無線控制。

參考文獻：

[1] 董曉慶，黃杰賢，張順揚. 步進電機驅動器的關鍵技術研究[J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2008（6）：14-17.

第3篇：步進電機驅動電路范文

關鍵詞：焊點缺陷；標記；STM32F103VET6；步進電機

隨著現代電子工業(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、工藝以及技術要求等方面考慮，在不需要小型化的產品中仍有大量電路板采用通孔插裝技術，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]。但由于技術上的瓶頸，波峰焊的工藝流程容易引起焊點質量問題，主要表現為焊點短路、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。此方法雖然方便實用、適應性強，預先成本最低，但人工目測主觀性較強，而且由于人的視覺疲勞以及勞動強度的影響，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)的電路板裝配生產流水線為改造對象，設計出一種電路板缺陷焊點實體標記自動控制系統(tǒng)，通過接收機器視覺檢測設備的檢測結果，在電路板有缺陷焊點的地方進行自動標記。

1 系統(tǒng)方案設計

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完成機器插件的電路板進行裝配和檢測，其生產工序包括手工插件、元件插后質量檢測、波峰焊機焊接、剪腳分板、執(zhí)錫、焊后質量檢測、打膠、ICT測試、貼標簽、裝箱。本方案以盡量減少對原裝配線的改動，滿足原生產工藝規(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識裝置安裝在波峰焊機和傳送帶之間，工人把經過波峰焊機焊接完畢的電路板進行剪腳、分板和執(zhí)錫后，放入電路板推送裝置中的等待區(qū)。原來的焊后質量檢測工位分為檢測工位以及標識工位，以滿足原生產流水線的生產節(jié)拍。其中，檢測工位安裝缺陷焊點檢測設備，標識工位安裝缺陷焊點自動標記裝置。

1.2 控制系統(tǒng)總體設計

電路板缺陷焊點實體自動標記裝置由電路板推送裝置和標記裝置組成。推送裝置負責在每個生產周期開始時，將三塊電路板推送至下一工位，其主要由一臺步進電機和三個電動直線推桿驅動。標記裝置負責實現電路板缺陷焊點的實體標記識別，主要由兩臺步進電機和三個電磁鐵驅動。整個系統(tǒng)的控制核心是微處理器，作為下位機，與運行缺陷焊點檢測軟件的工控機進行通信，包括發(fā)送指令和接收參數、檢測結果。當系統(tǒng)開始運行時，微處理器首先通過串口，接收工控機的參數，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，命令工控機開始進行電路板焊點檢測工作，最后根據檢測結果，控制由步進電機帶動的標記裝置進行焊點實體標記。為了保證裝置運行安全可靠，在控制系統(tǒng)中加入多個開關模塊。控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)硬件設計

硬件部分主要包括：微處理器控制模塊、步進電機控制模塊、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內核，最高工作頻率可達72MHz，內置512KB閃存和64KB SRAM；擁有80個GPIO，并多達11個定時器和13個通信接口，為控制設備和與設備進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計內容主要是處理器的最小系統(tǒng)設計以及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，通過倍頻設置，使芯片工作在72MHz。本設計主要使用的PE口作為信號控制端，與外部設備相連，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)，根據硬件設計，將需要中斷輸入的GPIO配置為上拉輸入模式。

2.3 步進電機控制模塊

步進電機的正常運行需要驅動器提供電流和微處理器提供信號。為了滿足設計的精度要求，本控制系統(tǒng)選用型號為2M542的步進電機驅動器。該驅動器主要用于驅動2相4線的步進電機，能夠提供1.00A-4.20A的驅動電流，并且細分驅動最高可達25000步。為了防止由于長時間運行而燒毀步進電機，因此驅動器的工作電流設定為1.46A。微處理器主要提供脈沖信號和方向信號。步進電機驅動器與微處理器連接如圖3所示。PE5連接步進電機驅動器的脈沖輸入端，PE6連接步進電機驅動器的轉向控制端。其余兩臺步進電機控制方式一樣，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的旋轉運動轉變?yōu)橥茥U的直線往復運動的電力驅動裝置。在本裝置的電路板推送機構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運動。本控制系統(tǒng)中選用直流電機作驅動的電動直線推桿。由于該直流電機屬于小容量電機，所以采取直接啟動方式[5]，通過控制電機電流方向來控制推桿的往復運動，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記，因此使用三種不同顏色并可擦除的PCB專用標記筆對電路板上的缺陷焊點進行標記。標記方法為通過導通推拉式電磁鐵，由推桿推動標記筆向下運動，在缺陷焊點旁打點標記。電磁鐵控制電路如圖5所示。

2.6 開關模塊

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

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計主要包括微處理器的硬件配置，裝置工作狀態(tài)初始化和中斷服務程序。硬件配置主要根據控制系統(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)初始化確保裝置標記準確。中斷服務包括外部中斷、定時器中斷和串口中斷。

3.1 主程序設計

當系統(tǒng)開始運行時，微處理器對硬件進行配置，配置的內容包括系統(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，主程序流程如圖7所示。首先進行參數接收確定推送距離，然后初始化裝置工作狀態(tài)，輸出脈沖控制三臺步進電機，使得標識機構和推架都位于設定的原點位置。完成初始化后，生產節(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，開始缺陷焊點檢測。待檢測完畢，微處理器根據接收處理的結果，等待XY方向步進電機帶動標記機構完成定位，然后對缺陷焊點進行標記。直到當前電路板所有缺陷焊點標記結束后，推架和標識機構回到原點，等待下個生產節(jié)拍。

3.2 中斷服務程序

3.2.1 外部中斷程序?？刂葡到y(tǒng)用到多個外部中斷，來源主要是開關模塊以及步進電機脈沖。當系統(tǒng)接收到光電開關的信號時，改變程序中原點標記變量，告知主程序該方向上的步進電機已經到達原點處。若接收到限位開關的信號，則發(fā)送“error”給工控機，并停止運行。將步進電機的脈沖發(fā)送到外部中斷，用于脈沖數量的計數，控制步進電機轉動步數。

3.2.2 定時器中斷程序。設計中使用了系統(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節(jié)拍的計時，控制生產節(jié)拍的周期。在每個生產節(jié)拍開始時，啟動電路板推送裝置的步進電機，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電機脈沖的頻率。由于步進電機在工作時，頻率不能突變，否則將會失步或過沖。因此每次改變頻率時，應該保持電機在該頻率下持續(xù)運行一定的時間。本系統(tǒng)使用的是指數型調速，根據公式

f（t）=f0+（fm-f0）×（1-e-t/T） （1）

可得出每個頻率下步進電機轉動的步數[6]。當步進電機走完當前頻率下的步數時，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采用串口方式通信。微處理器在接收工控機的檢測結果時，采用中斷接收處理，然后根據結果，分別確定XY方向步進電機的轉向和步數。系統(tǒng)的通信格式是“+/-xxxx+/-xxxxN”?！?/-”表示步進電機的轉向，“xxxx”表示步進電機需要轉動的步數，且前5位表示X方向的步進電機，第6-10位表示Y方向的步進電機。最后一位“N”表示當前電路板所有缺陷焊點已經完成標記，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)進行了測試。當系統(tǒng)通電啟動后，本裝置按照設定流程工作：推架和標識機構回到原點；推架推送電路板；工控機顯示屏顯示接收到的指令；標記機構根據檢測結果，移動到缺陷焊點旁；電磁鐵動作，PCB標記筆向下做標記；電路板缺陷焊點標記完畢后，推架和標記機構回到原點處。為了進一步測試步進電機的精度是否滿足設計要求，對其進行了測量。步進電機通過聯軸器，采用直連方式與電動滑臺導軌相連。當步進電機轉動一圈時，滑臺對應的直線移動距離為75mm，步進電機細分驅動選擇1600步/轉，采用游標卡尺測量數據如表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行修補。

5 結束語

文章以某企業(yè)的電路板生產流水線為改造對象，以解放勞動力為主要目的，設計了一種電路板缺陷焊點實體標記自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要通過接收工控機的檢測結果，控制多種機構協(xié)調工作，實現缺陷焊點的實體標記。在實驗室的運行測試表明，該系統(tǒng)能達到預期效果，本裝置已申請發(fā)明專利和軟件著作權各一件。

參考文獻

[1]方明.波峰焊工藝技術研究[D].廣東：華南理工大學，2012.

[2]馬燦.PCB缺陷智能視覺檢測系統(tǒng)研究與設計[D].湖南：湖南大學，2012.

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[5]賀昱曜.運動控制系統(tǒng)[M].西安：西安電子科技大學，2009.16.

[6]李大成，高金吉.基于可編程控制器的轉速測量及步進電機升降速控制研究[J].北京化工大學學報，2011，38（4）：119-123.

第4篇：步進電機驅動電路范文

關鍵詞:步進電機 環(huán)形分配 細分

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

步進電機結構簡單而且控制方便,在機械及自動控制等領域應用較普遍,但是步進電機也存在步距角較大、低頻振動等缺點,如需在精度要求較高的工程中應用,除要提高制造工藝,選取高精度高性能的步進電機外,對步進電機驅動技術的研究也是很有必要的。

1 步進電機工作原理

步進電機是一種將電脈沖信號轉化為角位移的執(zhí)行機構,它有別于普通的旋轉電機,步進電機的旋轉運動和輸入的脈沖個數有嚴格的對應關系,并以此來控制其角位移量,同時依靠步進電機特有的自鎖能力使其保持在目標位置。

2 驅動器設計

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

目前的DSP技術發(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設計的,本文以TMS320LF2407控制兩相四拍的步進電機為例,主要介紹最常用的兩種設計環(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口進行精確的時序分配,利用純軟件的方法實現環(huán)形分配器;二是以專業(yè)的芯片電路為基礎,如集成電路芯片L297+L298組成得驅動電路或者THB7128芯片等,利用DSP的I/O口即可實現對環(huán)形分配器的控制。

兩種方案各有優(yōu)缺點,下面詳細介紹兩種方案實現方法。

2.1 硬件實現環(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節(jié)可以控制步進電機的速度,并且可以隨時控制電機的運動方向,不需要考慮輸出時序問題,大大減輕了DSP的負擔。

該方案已經經過了某課題的驗證,其電路可靠,控制方便,負載電機是工程中使用較多的四相六線式步進電機,實際作為兩相電機使用,只用了電機的紅(A+)、藍(A-)、黑(B+)、綠(B-)四根線,另外兩根線懸空不用。選取8個快恢復二極管,用來泄放繞組電流,選取二極管時需根據負載電流及電壓的要求,留有一定余量,并且快恢復二極管的反向恢復時間應trr不大于200ns。

用硬件電路實現環(huán)形分配器的優(yōu)點是占用軟件資源少,簡單的單片機或者DSP系統(tǒng)就能滿足設計要求,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3個獨立的環(huán)形分配器,驅動3個步進電機。本文選取事件管理器EVA的PWM1～PWM4作為輸出口。

根據輸出要求,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,設置寄存器T1CMPR比較器數值,初始化結束以后對寄存器ACTRA按照時序要求進行數組分配,程序實現如下:

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 ")

}

}

如果要實現電機的半步工作只需改變數組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類似,在此不再詳細分析。

經實踐證明,該程序通過改變數組的循環(huán)次數來控制步進電機的運行步數,通過改變數組的順序可以很方便的改變步進電機的運行方向,通過對延時子程序的設置可以控制步進電機的運行速度。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對步進電機的驅動,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 細分改進

用硬件或者軟件實現的環(huán)形分配器輸出原理是一樣的,四路經過相序分配以后的驅動電壓加到步進電機的繞組上,換相時繞組的電流會產生突變,繞組電流的突變會造成電機輸出力矩的大幅波動,使電機運動在過程中,特別是運動速度較低的狀態(tài)下會產生振動,從而降低步進電機的控制精度。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電機之外,也有必要對普通的驅動器作一些細分改進。

對驅動器細分改進的目的就是使步進電機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,比較常用有兩種方法:一是直接對四路輸出OUT1～OUT4進行邏輯操作,利用頻率更高的脈沖來對其進行邏輯與的操作;二是不對OUT1～OUT4直接操作,而利用DSP產生的更高頻率的PWM脈沖來驅動L298芯片的使能開關,用以控制電機繞組電壓的通斷,從而達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。細分后具體的頻率和幅值要求要根據負載對電壓和電流的要求來確定。

4 結語

DSP技術的高度發(fā)展為步進電機驅動器的設計帶來了更多的可能性,步進電機的控制不需要專門去買昂貴又復雜的驅動器,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對步進電機的精確控制。本文介紹的兩種驅動器設計方案都已經在不同工程中實現,且實現都比較方便,具有較高的利用價值。

參考文獻

[1] 董曉輝,李國寧.基于CPLD的步進電機控制［J］.鐵路計算機應用,2007(4):11～13.

第5篇：步進電機驅動電路范文

關鍵詞：步進電機;脈寬調制;AVR單片機;驅動電路

中圖分類號：TP275 文獻標識碼：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

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

1 混合式步進電機原理分析

混合式步進電機通常只有整步和半步兩種工作方式，當要求更小的步進角和更高的分辨率時，可通過改變定子繞組電流來實現。繞組電流給定采用經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行比較，并根據比較結果決定該相繞組的通斷，最終得到正弦化的定子繞組電流。步進電機在高度細分運行時需要在電機內產生接近均勻的圓形旋轉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在空間作幅度恒定的旋轉運動，這就需要在各相繞組中通以正弦電流，三相混合式步進電機的三相繞組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[GK!3]矢量。對于三相混合步進電機，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電機進行驅動控制，需要產生相互獨立的三相給定信號，然而按照上述分析，只需要產生兩相繞組的給定信號，第三相繞組的給定信號可根據式(5)由其他兩相求得。同樣，只需要對相應的兩相繞組的實際電流進行采樣，第三相繞組的實際電流可根據式(5)求得。步進電機是脈沖電路驅動的伺服執(zhí)行器件，在環(huán)行脈沖分配器的控制下，設輸入一個控制脈沖，[HK]電機繞組的通電狀態(tài)改變一次，三相步進電機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 混合式步進電機系統(tǒng)構成與實現

基于AVR單片機和CPLD的三相混合式步進電動機控制系統(tǒng)的結構框圖如圖2所示。

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

2.1 PWM信號產生

脈寬調制產生電路主要有單片機和的電路組成，如圖3所示。

單片機主要完成轉速、轉向和細分數的設定。脈沖信號(CP)和方向信號(CW)均由外部控制電路輸入，在脈寬調制產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， ATTINY2313單片機使用AVRRISC結構，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20 MIPS。內部集成了128 B的系統(tǒng)內可編程E2PROM和128 B的片內SRAM，具有獨立預分頻器及比較模式的8位定時器/計數器，有兩個全雙工的串行通信口，集成看門狗復位電路，由于具有這些優(yōu)點，使得驅動電路變得更加簡潔和高效。在單片機的E2PROM內存儲相應的sin(α)和sin(α+2π/3)波形的函數值，單片機復位后，首先讀出PD3,PD4和PD5的值，來確定細分的大小，細分的數目可以任意設定，這使系統(tǒng)的通用性有了很大的提高。PD2口讀入脈沖，PD8讀入電動機的轉向。波形發(fā)生器的工作原理：在輸入步進脈沖CP和方向邏輯控制信號CW的同時，來判定細分的數目，E2PROM中有選擇的讀出需要的sin(α)和sin(α+2π/3)波形函數細分值，在經過D/A轉換器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。

2.2 功率驅動電路

功率驅動電路采用三菱公司的IPM功率模塊PS21564。PS21564是專用的電機控制器，適用于三相步進電機控制。他內部有三個相互獨立的高低端輸出通道，可以驅動工作電壓不高于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，當被驅動器件過流時，內部的過流保護電路就會封鎖輸出，從而保護功率器件不被損壞。應用HVIC實現集成電平轉移，高電平導通邏輯，可與DSP/MCU接口兼容。智能IPM功率模塊內置短路、欠壓保護電路，輸入信號端內置下拉電阻，外部無須再下拉電阻，熱阻低，易于散熱，2 500 V絕緣耐壓，驅動電路如圖5所示。

信號在CPLD內轉化為PS21564所需要的六路橋，經74HC14反相器輸入到PS21564，處理轉換成U,V,W來驅

3 結 語

利用本文設計的驅動器帶動90BYG306三相混合步進電機進行試驗，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字式電流環(huán)控制，三相正弦電流驅動輸出，使三相混合式步進電機低速無爬行、無共振區(qū)、噪音小。該系統(tǒng)具備細分和半流功能，多種細分選擇，最小步矩角可設置為0.036°。采用細分驅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。單片機程序由ICCAVR編寫，復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分辨率高，波形輸出穩(wěn)定，電機運行更平滑，噪聲更小電機驅動平穩(wěn)。另外驅動電路具備短路、過壓、欠壓、過熱等保護功能，可靠性高。

參考文獻

［1］劉寶延,程樹康.步進電動機及其驅動控制研究[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1997.

［2］趙小強.基于FPGA的步進電機定位控制系統(tǒng)的設計[J].現代電子技術,2007,30(10):55-57.

［3］張文超.步進電機PWM恒轉細分驅動技術研究[J].機械制造,2003,41(6):33-34.

［4］Blasko V.Analysis of a Hybrid PWM Based on Modified Space-Vector and Triangle-Comparison Methods[J].IEEE Trans.on Ind.,1997(33):756-764.

［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：步進電機驅動電路范文

【關鍵詞】晾衣架智能控制 傳感器 單片機

隨著社會的快速發(fā)展，各種高科技產品已經進入到人們的生活中，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和單片機技術實現智能控制晾衣架的方法，介紹了在晾衣架的應用中，如何實現智能控制，以應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，在大風天氣不被風吹走。

1 機械裝置結構分析

普通的晾衣架通常只有簡單的機械機構，為搭建適合電器設備實現智能控制的條件，要先對晾衣架的結構進行改造。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?；厥找路r，步進電機逆時針旋轉（反轉）并通過上方細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)?；謴土罆駹顟B(tài)時，步進電機順時針旋轉（正轉）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 控制電路研究與設計

根據功能要求，電路的設計包括控制電路、傳感器電路、電機驅動電路。傳感器電路包括雨滴傳感器電路、風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 控制電路設計

主控電路采用宏晶科技公司生產的新一代8051單片機STC12C5A60S2，更高速、功耗更低，且保密性更強，抗干擾能力也更好 。外接5V電源、時鐘電路、復位電路單片機正常工作，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，根根命令驅動步進電機執(zhí)行功能操作。下雨或者強風時步進電機動作回收衣物到避雨避風區(qū)，在掃描到傳感器電路恢復為起始狀態(tài)時，步進電機動作使衣物恢復晾曬狀態(tài)。

2.2 傳感器電路設計

電路要感知天氣的變化情況，需要用到兩種類型傳感器設備，按照功能要求，傳感器電路包括雨滴傳感器電路、風力感應電路。為確保單片機掉電后能判斷晾衣桿狀態(tài)，可設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的短接感應板，板上兩個觸點，A觸點串聯10K電阻接到5V電源正極，同時也連接到電壓比較器，B觸電接電源負極。晴朗天氣時，A觸點電壓高于電壓比較器基準電壓端，電壓比較器輸出高電平給單片機 。當感應到雨水時，板上的觸點被短接，使電壓比較器輸出低電平。天氣陰轉晴時，短接感應板雨水被風干，A觸電恢復到+5V，此時電壓比較器輸出高電平到單片機。

風力感應電路由三個半徑2cm半球空心扇葉（扇葉間角度120°）、一個直流發(fā)電機、電流放大電路和電壓比較電路構成。衣物正常晾曬狀態(tài)下，若風力較小時，扇葉轉動較慢，發(fā)電機輸出電流較小，此時電壓比較器輸出低電平給單片機。當風力強度較大時，發(fā)電機輸出電流通過放大電路進行電流放大，并把電流變化轉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。

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發(fā)出低電平。

2.3 電機驅動電路

考慮到單片機I/O最大驅動電流20mA，無法直接驅動選型的步進電機工作，可先用L298N驅動芯片進行電流放大，再送給高頻大功率開關管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，響應頻率50KHz，能滿足單片機的脈沖響應頻率要求。工作時，集電極電壓24V，作為兩相四線電機驅動芯片，能滿足驅動步進電機正常工作的需要。

2.4 步進電機的選用

步進電機在電機應用上能更快速地改變狀態(tài)與轉速，根據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電機。電機兩相四線，步距角1.8°，最大電流5A，輸出力矩可達8N?m，滿足晾衣桿速度與拉力要求。

3 控制程序設計

步進電機采用兩相四拍工作方式 ：A-B- A'- B'-A-...... 。通過單片機P1.0-P1.5個端口控制，P1.4、P1.5控制L298N芯片使能端，把控制步進電機正反轉的脈沖以十六進制數進行數組定義，例如正轉：

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

單片機上電后對端口進行初始化設置后，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驅動電路發(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)。之后單片機開始掃描雨滴傳感器電路和風力感應電路端口信號，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，是的話向驅動電路發(fā)送反轉脈沖，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)，高電平時向驅動電路發(fā)送正轉脈沖，延時停止。若單片機掃描風力感應電路端口信號為高電平延時30s再次判斷，確定強風持續(xù)的時間超過30s，判斷光敏傳感器電路端口狀態(tài)，若為高電平則向驅動電路發(fā)送反轉脈沖。此后，單片機每隔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，則向驅動電路發(fā)出正轉脈沖，延時停止。從而實現晾衣架的智能控制。

參考文獻

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[2]孫傳有，孫小斌.感測技術基礎[M]北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3]高琴，劉淑聰，彭宏偉.步進電機控制系統(tǒng)的設計及應用[J].制造業(yè)自動化，2011，34（01）：150-152.

[4]孟武勝，李亮.基于AT89C52單片機的步進電機控制系統(tǒng)設計[J].微電機，2007，40（03）：64-66.

作者簡介

林舜杰，男，廣東省潮州市人。碩士學位。現為廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學院教師。

第7篇：步進電機驅動電路范文

步進電機廣泛應用于對精度要求比較高的運動控制系統(tǒng)中，如機器人、打印機、軟盤驅動器、繪圖儀、機械閥門控制器等。目前，對步進電機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構可組態(tài)等特性和100％的成品率，博得廣大用戶的信賴。它可以用來構成譯碼器、優(yōu)先級編碼器、多路開關、比較器、移位寄存器、計數器、總線仲裁器等。采用GAL器件對三相步進電機進行控制，不僅簡化了系統(tǒng)的結構，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)具有更強的適應性。

1 三相六拍步進電機控制要求

矩角特性是步進電機運行時一個很重要的參數，矩角特性好，步進電機啟動轉矩就大，運行不易失步。改善矩角特性一般通過增加步進電機的運行拍數來實現。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，三相步進電機采用三相六拍運行方式。三相步進電機工作在三相六拍運行方式時，每個狀態(tài)的變化使電機轉動1／6齒距，三相激勵規(guī)律為A-AB-B-BC-C-CA共六拍，對應時序如圖1所示。A、B、C分別代表接到三相步進電機A相、B相、C相繞組的驅動脈沖。

通常，步進電機的脈沖控制是由邏輯電路實現的。在計算機控制的系統(tǒng)中，也可以通過編制程序，由擴展I／O口輸出脈沖來決定電機的運行方式、方向及轉速。這種方式電路簡單、控制靈活，但占用CPU的時間過多，每次驅動電機時，PC機都得被占用。本文采用可編程邏輯器件(PLD)中的GALl6V8設計邏輯電路。在此，選三個控制信號：(1)啟動控制信號S，當S=1時為停止，S=0為啟動；(2)正反轉控制信號D，當D=1時電機正轉，D=0時電機反轉；(3)轉速切換信號R和C，當R=0、C=0時，頻率為fck；R=1、C=1時，頻率為fck／2。步進電機的轉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，達到對電動機轉速的二分頻控制。同理也可以實現四相八拍、五相十拍、六項十二拍的步進電機控制，這就比專用的集成電路功能更強。

2 采用GAL控制脈沖分配的邏輯設計

若采用集成電路芯片來實現三相六拍步進電機的控制，所用器件較多，電路一般比較復雜。為了滿足電機轉速的二分頻，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。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分別接步進電機的三項繞組。根據步進電機驅動相數及控制要求，必須有相應于相數的延遲觸發(fā)器保持現態(tài)與次態(tài)間的轉換過程。對此，可利用GAL中八個輸出邏輯宏單元中的三個來完成，電機的工作狀態(tài)(O、P、Q)中的現態(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)，驅動電機運轉。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

現態(tài)10×000010100110101111aafbfbaabbecacbbccddbdccddceceddeebfdfeeffaaeaff表1中分頻控制量R決定C的取值，即C=RC。當R=0時，電機按fck頻率運行，當R=1時，C重復取0和1，電機按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，決定電機的啟動、轉向和轉速大小。

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的基礎。

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(即圈數最少，圈內的最小項個數盡可能多)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過的最小項，否則出現重復而得不到最簡式。 (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為例，由狀態(tài)真值表可得其卡諾圖，如圖3所示。根據圈數和最小項可得其邏輯表達式為：

同樣，也可以求得P、Q的邏輯表達式

圖3

3 GAL的軟件設計

3．1 GAL器件選型及引腳變量分配

GAL器件有多種型號，根據設計的需要，同時從經濟的角度考慮，選用GALl6V8來實現三相六拍步進電機的控制。

3．2 GAL源文件設計

根據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，再對文件進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器件進行編程，編程器在編程結束后還具有對編程芯片所有的存儲單元進行自動檢驗的功能。

第8篇：步進電機驅動電路范文

關鍵詞:恒轉矩 斬波恒流 均勻細分 驅動電路

1、引言

步進電機是一種將離散的電脈沖信號轉化成相應的角位移或線位移的電磁機械裝置,它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比,轉速與脈沖頻率成正比,是一種輸出與輸入脈沖對應的增量驅動元件。該元件具有轉矩大、慣性小、響應頻率高等優(yōu)點,已經在當今工業(yè)上得到廣泛的應用。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。實現細分驅動是減小步距角、提高步進分辨率、增加電機運行平穩(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上,提出了基于TSC87C51單片機控制的恒流細分驅動方案,其運行功耗小,可靠性高,通用性好,具有很強的實用性。

2、硬件設計要求及原理

2.1 設計要求

（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,以配合不同電機使用。（3）驅動方式:恒相流PWM控制。（4）細分選擇:整步、半步、4細分、8細分、16細分、32細分、64細分的七種細分模式可選。（5）自動半電流:若上位機在半秒中內沒有發(fā)出步進脈沖,驅動器自動進入節(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

兩相步進電機繞組接口:繞組A接:A+,A-;繞組B接:B+,B-。

2.3 硬件設計原理

系統(tǒng)采用TSC87C51單片機接收命令,并將輸入命令進行綜合處理,控制二相步進電機正反轉、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,也可通過與上位機的串行通信口由上位機設置。單片機主要功能是輸出EEPROM中存儲的細分電流控制信號進行D／A轉換。根據轉換精度的要求,本控制系統(tǒng)選用的是8位雙通道的TCL7528轉換器。

單片機接收的信號有上位機的命令信號、手動輸入細分模式編碼信號。輸出信號有電流細分控制信號,步進電機運行控制信號。細分模式編碼由撥碼開關S1的1,2,3開關人工設定,共有8種細分模式可選,單片機P1口為細分模式編碼輸入I/O口。上位機的命令信號由單片機的中斷INT0、INT1和P3.4接收。其中INT0與脈沖信號對應,INT1與方向信號對應,P3.4與脫機信號對應。單片機P0口輸出8位數據是與細分電流相對應的。P0口8位數據輸出給D/A轉換器TLC7528數據輸入端,對工作電流進行分割,以控制每級細分電流大小。

步進電機的運行控制信號由單片機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分別與脫機信號、方向信號、脈沖信號、公共端對應。驅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信號端子上。控制信號低電平時,對應內部光耦導通,控制信號輸入驅動器。脈沖信號下降沿被驅動器解釋為一個有效脈沖,并驅動電機運行一步。方向信號高電平和低電平控制電機兩個轉向,該端懸空,等效輸入高電平?？刂齐姍C轉向時,應確保方向信號領先脈沖信號至少10μS建立,可避免驅動器對脈沖錯誤響應。脫機信號高電平或懸空對應轉子鎖定狀態(tài),低電平對應轉子自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。電機繞組工作電流編碼電路由撥碼開關S1和電阻組成。電阻公共端接+5V。電機繞組工作電流有8種可選。工作電流設定電路為一串聯電阻分壓電路。串聯電阻的一端接電源+5V,另一端接電源地,將+5V電壓進行分壓,對應8種工作電流。

D4是多路選擇開關HEF4051BT。D4輸出和串聯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S1的5,6,7開關相連。在人工選定工作電流后,D4將串聯電阻分壓電路的相應電壓選人,并傳送到D4輸出端Z。D/A轉換器D3由雙通道的TCL7528構成。電流細分具體操作由D3來實現。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。電機的運行狀態(tài)完全由觸發(fā)器的輸出信號決定。單片機的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3分別控制P-MOS場效應管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場效應管Q6、Q5、Q7、Q8。D7選用高電壓、高電流的集成達林頓晶體管陣列,它的內部包含7個NPN達林頓對,為集電極開路的三極管結構。電平變換電路由八路三極管構成的電路組成。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管的信號。觸發(fā)器Q端、/Q端共8個信號輸出給達林頓晶體管陣列,再經電平變換電路變換后的輸出信號,用于控制功率場效應管的柵極。場效應管功率輸出電路由兩個H橋電路組成,上橋臂由P-MOS場效應管組成,下橋臂由N-MOS功率場效應管組成。Q1、Q2、Q5、Q6組成一組H橋,控制步進電機A繞組,Q3、Q4、Q7、Q8組成另一組H橋,控制步進電機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電壓供數字電路使用,+12V供電平轉換電路使用,輸入直流電源供電平轉換電路以及場效應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、軟件設計

步進電機細分驅動系統(tǒng)的軟件主要由主控程序、細分驅動控制中斷服務程序、細分控制查表子程序三部分組成,此節(jié)程序將不再詳述。

4、結語

本文提出并實現的步進電機均勻細分驅動器,最高細分達到64,能適應大多數中小微型步進電機的可變細分控制、較高細分步距角精度、及平滑運行等要求。細分驅動器的系統(tǒng)功能完善,大量新型元器件的采用,使所設計的驅動器具有體積小、細分精度高、運行功耗低、可靠性高、可維護性強等特點。系統(tǒng)軟件功能豐富,通用性強,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用前景。

參考文獻

第9篇：步進電機驅動電路范文

關健詞：步進電機；Proteus軟件；單片機；Keil uVision編程

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

0引言

步進電動機是一種將數字式電脈沖信號轉換成機械角位移的機電信號，它的機械角位移與輸入的數字脈沖信號有著嚴格的對應關系：即一個脈沖信號可以使步進電動機前進一步。步進電動優(yōu)點多，如可以直接實現數字控制，控制性能好，無摩擦，抗干擾能力強，誤差不長期積累，具有自鎖能力和保持轉矩的能力。在數控機床、醫(yī)療器械、儀器儀表、機器人等設備中得到了廣泛的應用。由于它是一種用脈沖控制的電機，利用單片機的四個8位可編程I/O口很容易實現對步進電機的控制。

1四相步進電機的控制原理

1.1 控制要求：①能對轉速和步數進行控制；②可實現電機的正反轉控制。

1.2 轉速和步數的控制單四拍也叫一相勵磁，特點是精度好，功耗小，但輸出轉矩小，振動較大。步距角等于電機標稱的步距角；雙四拍也叫二相勵磁，特點是輸出轉矩大，振動小，但功耗大。步距角等于電機標稱的步距角；除此之外還有一二相勵磁，特點是分辨率高，運轉平滑。步距角為電機標稱的1/2。本文對雙四拍進行介紹，步進電機的轉速取決于輸入的脈沖頻率。從圖1可以看出，當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。這就導致通電和斷電變化的速率發(fā)生變化，使電機轉速發(fā)生變化。所以調節(jié)輸入脈沖的周期就可以控制步進電機的運動速度，改變脈沖數量就可以控制步數。

1.3 正、反轉控制步進電機的正、反轉控制可通過改變步進電機各繞組的通電順序來改變其轉向，四相雙四拍步進電機通電順序為AB―BC―CD―DA―AB……時電機正轉；當繞組按AD―DC―CB―BA―AD……順序通電時電機反轉。如表1所示。

2以AT89C51芯片為核心的硬件設計

單片機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、速度檔位等信號，通過處理，由驅動器對步進電機進行控制。

2.1 輸入、輸出口控制使用P0口擴展方式，K1~K2為正反轉控制按鈕，K3~K8為從低至高轉速控制。步進電機的輸入輸出都通過P0口進行連接。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，一般用作總線驅動器和并行輸入口。當它的19腳OE控制端為低電平時，輸出等于輸入（直通），當控制端接高電平時，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，它根據控制信號的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來，地址設為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為數據輸入端，1Q～8Q為數據輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作數據鎖存器,地址鎖存器，第一腳WR：主清除端，低電平觸發(fā)，即當為低電平時，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CP從低到高電平時，D0~D7的數據通過芯片，為0時將數據鎖存，D0~D7的數據不變，地址設為8300H。

2.2 步進電機的驅動采用SGS公司的電動機驅動集成L298，該集成內部含二個H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯準位信號，可驅動46V、2A以下的步進電機，且可以直接通過電源來調節(jié)輸出電壓。

3利用PROTEUS設計電路圖

3.1 Proteus軟件特點Proteus功能強大，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，LED，LCD等器件。②仿真處理器及其電路?？梢苑抡?1系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。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計開發(fā)環(huán)境。它包括了智能原理圖設計（ISIS）、完善的電路仿真（Prospice）、獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM）、實用的PCB設計平臺四大功能。在Proteus繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件，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，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表。隨著科技的發(fā)展“計算機仿真技術”已成為許多設計部門重要的前期設計手段。它具有設計靈活，結果、過程的統(tǒng)一的特點?？墒乖O計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風險。

3.2 元件清單列表（表2）

3.3 電路圖（圖2）

4軟件設計

編程的思路是：在P0.0~P0.3依次產生一個高電平的脈沖信號，并適當延時每個信號間的時間，就可以這實現對步進電機的轉向和轉速控制。程序分為兩部分，一部分是按鈕判斷，另一部分是波形產生和輸出。其中K1按鈕控制步進電機正向轉動，K2按鈕控制步進電機正向轉動，K3~ K8分別為步進電機六種速度開關。當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，步進電機才轉動。否則步進電機停止。K1和K2同時按下，電機停止。程序流程圖如圖3。

5在Keil uVision下進行源程序編譯與聯調仿真

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選擇目標器件（ATMEL公司的AT89C51）；③設置軟硬件調試環(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調試并仿真。

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

6結束語

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

參考文獻：

[1]朱清慧.Proteus教程.清華大學出版社,2008.