《相步進(jìn)電機(jī)原理》word版

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1、四相步進(jìn)電機(jī)原理圖本文先介紹該步進(jìn)電機(jī)的工作原理，然后介紹了其驅(qū)動(dòng)器的軟、硬件設(shè)計(jì)?！　?.步進(jìn)電機(jī)的工作原理　　該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。圖1四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。　　當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁

2、力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。　　四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度?！　嗡呐摹㈦p四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖2.a、b

3、、c所示：a.單四拍????????????b.雙四?????c八拍圖2.步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖　　2.基于AT89C2051的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路原理　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路原理如圖3：圖3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路原理圖　　AT89C2051將控制脈沖從P1口的P1.4~P1.7輸出，經(jīng)74LS14反相后進(jìn)入9014，經(jīng)9014放大后控制光電開關(guān)，光電隔離后，由功率管TIP122將脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓和電流放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組。使步進(jìn)電機(jī)隨著不同的脈沖信號(hào)分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動(dòng)作。圖中L1為步進(jìn)電機(jī)的一相

4、繞組。AT89C2051選用頻率22MHz的晶振，選用較高晶振的目的是為了在方式2下盡量減小AT89C2051對(duì)上位機(jī)脈沖信號(hào)周期的影響。　　圖3中的RL1~RL4為繞組內(nèi)阻，50Ω電阻是一外接電阻，起限流作用，也是一個(gè)改善回路時(shí)間常數(shù)的元件。D1~D4為續(xù)流二極管，使電機(jī)繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)通過續(xù)流二極管（D1~D4）而衰減掉，從而保護(hù)了功率管TIP122不受損壞?！　≡?0Ω外接電阻上并聯(lián)一個(gè)200μF電容，可以改善注入步進(jìn)電機(jī)繞組的電流脈沖前沿，提高了步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。與續(xù)流二極管串聯(lián)的200Ω電阻可減小回路的放電時(shí)間常數(shù)

5、，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下降時(shí)間變小，也起到提高高頻工作性能的作用?！　?.軟件設(shè)計(jì)　　該驅(qū)動(dòng)器根據(jù)撥碼開關(guān)KX、KY的不同組合有三種工作方式供選擇：　　方式1為中斷方式：P3.5(INT1)為步進(jìn)脈沖輸入端，P3.7為正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端。上位機(jī)(PC機(jī)或單片機(jī))與驅(qū)動(dòng)器僅以2條線相連?！　》绞?為串行通訊方式：上位機(jī)(PC機(jī)或單片機(jī))將控制命令發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)控制命令自行完成有關(guān)控制過程。　　方式3為撥碼開關(guān)控制方式：通過K1~K5的不同組合，直接控制步進(jìn)電機(jī)。　　當(dāng)上電或按下復(fù)位鍵KR后，AT89C2051先

6、檢測(cè)撥碼開關(guān)KX、KY的狀態(tài)，根據(jù)KX、KY的不同組合，進(jìn)入不同的工作方式。以下給出方式1的程序流程框圖與源程序。　　在程序的編制中，要特別注意步進(jìn)電機(jī)在換向時(shí)的處理。為使步進(jìn)電機(jī)在換向時(shí)能平滑過渡，不至于產(chǎn)生錯(cuò)步，應(yīng)在每一步中設(shè)置標(biāo)志位。其中20H單元的各位為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位;21H單元各位為反轉(zhuǎn)標(biāo)志位。在正轉(zhuǎn)時(shí)，不僅給正轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值，也同時(shí)給反轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值;在反轉(zhuǎn)時(shí)也如此。這樣，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，就可以上一次的位置作為起點(diǎn)反向運(yùn)動(dòng)，避免了電機(jī)換向時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)步。　　圖4方式1程序框圖　　方式1源程序：　　MOV20H,#00H

7、;20H單元置初值，電機(jī)正轉(zhuǎn)位置指針　　MOV21H,#00H;21H單元置初值，電機(jī)反轉(zhuǎn)位置指針　　MOVP1,#0C0H;P1口置初值，防止電機(jī)上電短路　　MOVTMOD,#60H;T1計(jì)數(shù)器置初值,開中斷　　MOVTL1,#0FFH　　MOVTH1,#0FFH　　SETBET1　　SETBEA　　SETBTR1　　SJMP$　　;***********計(jì)數(shù)器1中斷程序************　　IT1P:JBP3.7,FAN;電機(jī)正、反轉(zhuǎn)指針　　;*************電機(jī)正轉(zhuǎn)*****************　　JB

8、00H,LOOP0　　JB01H,LOOP1　　JB02H,LOOP2　　JB03H,LOOP3　　JB04H,LOOP4　　JB05H,LOOP5　　JB06H,LOOP6　　JB07H,LOOP7　　LOOP0:MOVP1,#0D0H　　MOV20H,#02