四相步進電機原理圖

相步進電機原理圖【轉(zhuǎn)載】 2008-06-17 20:21 四相步進電機原理圖 本文先介紹該步進電機的工作原理，然后介紹了其驅(qū)動器的軟、硬件設(shè)計。 1. 步進電機的工作原理 該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。圖 1 是該四相反應(yīng)式步進電機工作原理示意圖。 圖 1 四相步進電機步進示意圖 開始時，開關(guān) SB接通電源， SA、 SC、 SD斷開， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的 1、 4 號齒就和 C、 D 相 繞組磁極產(chǎn)生錯齒， 2、 5 號齒就和 D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。 當開關(guān) SC接通電源， SB、 SA、 SD斷開時，由于 C 相繞組的磁力線和 1、 4 號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動， 1、 4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。而 0、 3 號齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯齒， 2、 5 號齒就和 A、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推， A、 B、 C、 D 四相 繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動。 四相步進電機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)動力矩又可以提高控制精度。 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 2.a、 b、 c 所示： a. 單四拍 b. 雙四拍 c 八拍 圖 2.步進電機工作時序波形圖 2.基于 AT89C2051 的步進電機驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理 步進電機驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理如圖 3： 圖 3 步進電機驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理圖 AT89C2051 將控制脈沖從 P1口的 P1.4P1.7 輸出，經(jīng) 74LS14反相后進入 9014，經(jīng) 9014放大后控制光電開關(guān)，光電隔離后，由功率管 TIP122將脈沖信號進行電壓和電流放大，驅(qū)動步進電機的各相繞組。使步進電機隨著不同的脈沖信號分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動作。圖中 L1為步進電機的一相繞組。 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對上位機脈沖信號周期的影響。 圖 3 中的 RL1RL4為繞組內(nèi)阻， 50 電阻是一外接電阻，起限流作用，也是一個改善回路時間常數(shù)的元件。 D1D4為續(xù)流二極管，使電機繞組產(chǎn)生的反電動勢通過續(xù)流二極管（ D1D4）而衰減掉，從而保護了功率管 TIP122 不受損壞。 在 50 外接電阻上并聯(lián)一個 200F 電容，可以改善注入步進電機繞組的電流脈沖前沿，提高了步進電機的高頻性能。與續(xù)流二極管串聯(lián)的 200 電阻可減小回路的放電時間常數(shù)，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下降時間變小，也起到提高高頻工作性能的作用 。 3.軟件設(shè)計 該驅(qū)動器根據(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)為步進脈沖輸入端， P3.7為正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端。上位機 (PC機或單片機 )與驅(qū)動器僅以 2 條線相連。 方式 2 為串行通訊方式：上位機 (PC機或單片機 )將控制命令發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(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 K1K5的不同組合，直接控制步進電機。 當上電或按下復(fù)位鍵 KR后， AT89C2051 先檢測撥碼開關(guān) KX、 KY的狀態(tài)，根據(jù) KX、 KY 的不同組合，進入不同的工作方式。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，要特別注意步進電機在換向時的處理。為使步進電機在換向時能平滑過渡，不至于產(chǎn)生錯步，應(yīng)在每一步中設(shè)置標志位。其中 20H單元的各位為步進電機正轉(zhuǎn)標志位 ；21H單元各位為反轉(zhuǎn)標志位。在正轉(zhuǎn)時，不僅給正轉(zhuǎn)標志位賦值，也同時給反轉(zhuǎn)標志位賦值 ；在反轉(zhuǎn)時也如此。這樣，當步進電機換向時，就可以上一次的位置作為起點反向運動，避免了電機換向時產(chǎn)生錯步。 圖 4 方式 1 程序框圖 方式 1 源程序： MOV 20H,#00H ；20H 單元置初值，電機正轉(zhuǎn)位置指針 MOV 21H,#00H ；21H 單元置初值，電機反轉(zhuǎn)位置指針 MOV P1,#0C0H ；P1 口置初值，防止電機上電短路 MOV TMOD,#60H ；T1 計數(shù)器置初值 ,開中斷 MOV TL1,#0FFH MOV TH1,#0FFH SETB ET1 SETB EA SETB TR1 SJMP $ ；*計數(shù)器 1 中斷程序 * IT1P: JB P3.7,FAN ；電機正、反轉(zhuǎn)指針 ；*電機正轉(zhuǎn) * JB 00H,LOOP0 JB 01H,LOOP1 JB 02H,LOOP2 JB 03H,LOOP3 JB 04H,LOOP4 JB 05H,LOOP5 JB 06H,LOOP6 JB 07H,LOOP7 LOOP0: MOV P1,#0D0H MOV 20H,#02H MOV 21H,#40H AJMP QUIT LOOP1: MOV P1,#090H MOV 20H,#04H MOV 21H,#20H AJMP QUIT LOOP2: MOV P1,#0B0H MOV 20H,#08H MOV 21H,#10H AJMP QUIT LOOP3: MOV P1,#030H MOV 20H,#10H MOV 21H,#08H AJMP QUIT LOOP4: MOV P1,#070H MOV 20H,#20H MOV 21H,#04H AJMP QUIT LOOP5: MOV P1,#060H MOV 20H,#40H MOV 21H,#02H AJMP QUIT LOOP6: MOV P1,#0E0H MOV 20H,#80H MOV 21H,#01H AJMP QUIT LOOP7: MOV P1,#0C0H MOV ； 20H,#01H MOV 21H,#80H AJMP QUIT ；*電機反轉(zhuǎn) * FAN: JB 08H,LOOQ0 JB 09H,LOOQ1 JB 0AH,LOOQ2 JB 0BH,LOOQ3 JB 0CH,LOOQ4 JB 0DH,LOOQ5 JB 0EH,LOOQ6 JB 0FH,LOOQ7 LOOQ0: MOV P1,#0A0H MOV 21H,#02H MOV 20H,#40H AJMP QUIT LOOQ1: MOV P1,#0E0H MOV 21H,#04H MOV 20H,#20H AJMP QUIT LOOQ2: MOV P1,#0C0H MOV 21H,#08H MOV 20H,#10H AJMP QUIT LOOQ3: MOV P1,#0D0H MOV 21H,#10H MOV 20H,#08H AJMP QUIT LOOQ4: MOV P1,#050H MOV 21H,#20H MOV 20H,#04H AJMP QUIT LOOQ5: MOV P1,#070H MOV 21H,#40H MOV 20H,#02H AJMP QUIT LOOQ6: MOV P1,#030H MOV 21H,#80H MOV 20H,#01H AJMP QUIT LOOQ7: MOV P1,#0B0H