步進電機工作原理及實現(xiàn)

1、441 步進電進電機工作原理圖圖440 440 步進電機原理圖步進電機原理圖 P129P129微機控制技術441 步進電進電機工作原理1. 1.步進電機步進電機（1 1）是一個數(shù)字角度轉換器，）是一個數(shù)字角度轉換器， 也是一個串行的數(shù)模轉換器。也是一個串行的數(shù)模轉換器。（2 2）是過程控制及儀表中的主要控制元件。）是過程控制及儀表中的主要控制元件。（3 3）廣泛用于定位系統(tǒng)）廣泛用于定位系統(tǒng)2. 2. 概念：概念：（1 1）步進電機旋轉的根本原因：錯齒。）步進電機旋轉的根本原因：錯齒。（2 2）術語：齒距角）術語：齒距角 步距角步距角（3 3）通電一周，轉子轉過一個齒距角，通電一周，轉子轉過一

2、個齒距角， N N 為幾，一個齒距角分幾步走完。為幾，一個齒距角分幾步走完。微機控制技術442 步進電機控制系統(tǒng)原理微機控制技術圖圖441441步進電機控制系統(tǒng)的組成步進電機控制系統(tǒng)的組成 p129p129442 步進電機控制系統(tǒng)原理（1 1）步進控制器步進控制器 包括：緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及包括：緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及 正、反轉向控制門等。正、反轉向控制門等。 作用作用: : 把輸入脈沖轉換成環(huán)型脈沖，以控制步進電機的轉向。把輸入脈沖轉換成環(huán)型脈沖，以控制步進電機的轉向。 采用計算機控制系統(tǒng)，由軟件代替步進控制器。采用計算機控制系統(tǒng)，由軟件代替步進控制器。 優(yōu)點：線路

3、簡化，降低成本降低，可靠性提高。優(yōu)點：線路簡化，降低成本降低，可靠性提高。 靈活改變步進電機的控制方案，使用起來很方便。靈活改變步進電機的控制方案，使用起來很方便。（2 2）功率放大器）功率放大器 把環(huán)型脈沖放大，以驅動步進電機轉動。把環(huán)型脈沖放大，以驅動步進電機轉動。微機控制技術442 步進電機控制系統(tǒng)原理圖圖442 442 用微型機控制步進電機原理系統(tǒng)圖用微型機控制步進電機原理系統(tǒng)圖 p130p130微機控制技術442 步進電機控制系統(tǒng)原理 圖442 與 圖441相比： 用微型機代替了步進控制器把并行二進制碼轉換成用微型機代替了步進控制器把并行二進制碼轉換成 串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。

4、串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。 只要負載是在步進電機允許的范圍之內，只要負載是在步進電機允許的范圍之內， 每個脈沖將使電機轉動一個固定的步距角度。每個脈沖將使電機轉動一個固定的步距角度。 根據(jù)步距角的大小及實際走的步數(shù)，只要知道初始根據(jù)步距角的大小及實際走的步數(shù)，只要知道初始 位置，便可知道步進電機的最終位置。位置，便可知道步進電機的最終位置。微機控制技術442 步進電機控制系統(tǒng)原理本課主要解決如下幾個問題：本課主要解決如下幾個問題： (1) (1) 用軟件的方法實現(xiàn)脈沖序列；用軟件的方法實現(xiàn)脈沖序列； (2) (2) 步進電機的方向控制；步進電機的方向控制； (3) (3) 步進電機控制程序

5、的設計。步進電機控制程序的設計。微機控制技術442 步進電機控制系統(tǒng)原理 1 1脈沖序列的生成脈沖序列的生成圖圖443 443 脈沖序列脈沖序列微機控制技術P130P130442 步進電機控制系統(tǒng)原理 脈沖幅值脈沖幅值 由數(shù)字元件電平?jīng)Q定。由數(shù)字元件電平?jīng)Q定。 TTL 0 TTL 0 5V 5V CMOS 0 CMOS 0 10V 10V 接通和斷開時間可用延時的辦法控制。接通和斷開時間可用延時的辦法控制。 要求：確保步進到位。要求：確保步進到位。微機控制技術 2 2方向控制方向控制 步進電機旋轉方向與內部繞組的通電順序相關。步進電機旋轉方向與內部繞組的通電順序相關。 三相步進電機有三種工作方

6、式：三相步進電機有三種工作方式： 單三拍，通電順序為單三拍，通電順序為 A AB BC C ； 雙三拍，雙三拍， 通電順序為通電順序為 ABABBCBCCA CA ； 三相六拍，通電順序為三相六拍，通電順序為 AABBBCCCA ；442 步進電機控制系統(tǒng)原理微機控制技術 改變通電順序可以改變步進電機的轉向改變通電順序可以改變步進電機的轉向 442 步進電機控制系統(tǒng)原理3.3.步進電機通電模型的建立：步進電機通電模型的建立：（1 1）用微型機輸出接口的每一位控制一相繞組，）用微型機輸出接口的每一位控制一相繞組，【例如】用【例如】用 8255 8255 控制三相步進電機時，控制三相步進電機時，

7、可用可用 PC.OPC.O、PC.1PC.1、PC.2 PC.2 分別接至步進電機的分別接至步進電機的 A A、 B B、 C C 三相繞組。三相繞組。（2 2）根據(jù)所選定的步進電機及控制方式，寫出相應控制方）根據(jù)所選定的步進電機及控制方式，寫出相應控制方 式的數(shù)學模型。式的數(shù)學模型。 上面講的三種控制方式的數(shù)學模型分別為：上面講的三種控制方式的數(shù)學模型分別為：微機控制技術442 步進電機控制系統(tǒng)原理 三相單三拍三相單三拍步步 序序 控控 制制 位位 工工 作作 狀狀 態(tài)態(tài) 控控 制制 模模 型型 PC.PC.7 7PC.PC.6 6PC.PC.5 5PC.PC.4 4PC.PC.3 3PC.

8、PC.2 2C C相相 PC.PC.1 1B B相相 PC.PC.0 0A A相相 1 10 00 00 00 00 00 00 01 1A A01H01H2 20 00 00 00 00 00 01 10 0B B0202H H3 30 00 00 00 00 01 10 00 0C C0404H H微機控制技術 三相雙三拍三相雙三拍用用 P1P1口口 的的 P1.2 P1.2 、P1.1P1.1、P1.0 P1.0 對應對應 C C、B B、A A 相相 進進行控行控制制 。442 步進電機控制系統(tǒng)原理 同理同理，可以得出雙三拍和三相六拍的控制模型：，可以得出雙三拍和三相六拍的控制模型：

9、雙三拍雙三拍 03H03H，06H06H，05H05H 三相六拍三相六拍 01H01H，03H03H，02H02H，06H06H，04H04H，05H05H 以上為步進電機正轉時的控制順序及數(shù)學模型，以上為步進電機正轉時的控制順序及數(shù)學模型， 如按逆序進行控制，步進電機將向相反方向轉動。如按逆序進行控制，步進電機將向相反方向轉動。微機控制技術443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計 4.4.步進電機與微型機的接口電路步進電機與微型機的接口電路（1 1）由于步進電機的驅動電流較大，所以微型機與）由于步進電機的驅動電流較大，所以微型機與 步進電機的連接都需要專門的接口及驅動電路。步進電機

10、的連接都需要專門的接口及驅動電路。 接口電路可以是鎖存器，也可以是可編程接口芯片，接口電路可以是鎖存器，也可以是可編程接口芯片，如如 82558255、81558155等。等。 驅動器可用大功率復合管，也可以是專門的驅動器。驅動器可用大功率復合管，也可以是專門的驅動器。 光電隔離器，一是抗干擾，二是電隔離，光電隔離器，一是抗干擾，二是電隔離，微機控制技術443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計圖圖444 444 步進電機與微型機接口電路之一步進電機與微型機接口電路之一 p133p133微機控制技術1 10 00 01 10 00 0 1 10 00 0443 步進電進電機與與微型機的

11、接口及程序設計設計 總之，總之， 只要按一定的順序只要按一定的順序 改變改變 P1.0 P1.0P1.2 P1.2 三位通電的狀況，三位通電的狀況， 即可控制步進電機依選定的方向步進。即可控制步進電機依選定的方向步進。微機控制技術443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計 由于步進電機運行時功率較大，由于步進電機運行時功率較大， 可在微型機與驅動器之間增加一級光電隔離器，可在微型機與驅動器之間增加一級光電隔離器， 以防強功率的干擾信號反串進主控系統(tǒng)。以防強功率的干擾信號反串進主控系統(tǒng)。 如如 圖圖4-254-25微機控制技術443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計圖圖445

12、445 步進電機與微型機接口電路之二步進電機與微型機接口電路之二 p133p133微機控制技術0 00 01 10 01 11 11 10 00 0443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計2.2.步進電機程序設計步進電機程序設計(1)步進電機程序設計的主要任務是： 判斷旋轉方向；判斷旋轉方向； 按順序傳送控制脈沖；按順序傳送控制脈沖； 判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。（2）程序框圖下面以三相雙三拍為例說明這類程序的設計.微機控制技術圖圖4.46 4.46 三相雙三拍步進電機控制程序流程圖三相雙三拍步進電機控制程序流程圖 p134p134微機控制技術

13、443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計 ORG ORG0100H0100HROUNT1ROUNT1：MOVMOVA A，#N#N；步進電機步數(shù)；步進電機步數(shù)A A JNB JNB00H00H，LOOP2LOOP2；反向，轉；反向，轉 LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1： MOVMOVP1P1，#03H#03H；正向，輸出第一拍；正向，輸出第一拍 ACALLACALL DELAYDELAY；延時；延時 DECDECA A；A A0 0，轉，轉DONEDONE JZ JZDONEDONE MOV MOVP1P1，06H06H；輸出第二拍；輸出第二拍 ACALLACALL DELA

14、YDELAY；延時；延時 DECDECA A；A A0 0，轉，轉DONEDONE JZ JZDONEDONE MOV MOVP1P1，05H05H；輸出第三拍；輸出第三拍 ACALLACALL DELAYDELAY；延時；延時 DECDECA A；A A0 0，轉，轉LOOP1LOOP1 JNZJNZ LOOP1LOOP1（3 3）程序）程序 根據(jù)圖根據(jù)圖4-464-46可寫出如下步進電機控制程序可寫出如下步進電機控制程序微機控制技術443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計微機控制技術 AJMP DONE AJMP DONE ；A A0 0，轉，轉DONEDONELOOP2LOOP

15、2： MOVMOV P1 P1，03H03H；反向，輸出第一拍；反向，輸出第一拍 ACALL DELAY ACALL DELAY ；延時；延時DEC ADEC A；A A0 0，轉，轉DONDON JZ JZ DONE DONE MOV P1 MOV P1，05H05H；輸出第二拍；輸出第二拍 ACALL DELAYACALL DELAY；延時；延時 DECDEC A A JZ JZ DONE DONE； MOVMOV P1 P1，06H06H；輸出第三拍；輸出第三拍 ACALL DELAYACALL DELAY；延時；延時 DECDEC A A ；A A0 0，轉，轉LOOP2LOOP2 J

16、NZ JNZ LOOP2 LOOP2DONEDONE： RETRETDELAY： 443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計 對于節(jié)拍比較多的控制程序，對于節(jié)拍比較多的控制程序， 通常采用循環(huán)程序進行設計。通常采用循環(huán)程序進行設計。微機控制技術443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計（4 4）循環(huán)程序）循環(huán)程序 作法：作法： 把環(huán)型節(jié)拍的控制模型按順序存放在內存單元中，把環(huán)型節(jié)拍的控制模型按順序存放在內存單元中， 逐一從單元中取出控制模型并輸出。逐一從單元中取出控制模型并輸出。 節(jié)拍越多，優(yōu)越性越顯著。節(jié)拍越多，優(yōu)越性越顯著。 以三相六拍為例進行設計，以三相六拍為例進行設計，

17、 其流程圖如圖其流程圖如圖447447所示。所示。 微機控制技術圖圖447 447 三相六拍步進電機控制程序框圖三相六拍步進電機控制程序框圖 P137P137微機控制技術ROUTN2ROUTN2LOOPLOOP0 0LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計ORGORG8100H8100HROUTN2ROUTN2：MOVMOVR2R2，COUNTCOUNT；步進電機的步數(shù)；步進電機的步數(shù)LOOP0LOOP0： MOVMOVR3R3，#00H#00HMOV DPTRMOV DPTR，#POINT#POINT；送控制模型指針；送控制模型指針JNBJN

18、B00H00H，LOOP2LOOP2；反轉，轉；反轉，轉LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1： MOVMOVA A，R3R3；取控制模型；取控制模型MOVCMOVCA A，A+DPTRA+DPTRJZJZLOOP0LOOP0；控制模型為；控制模型為00H00H，轉，轉LOOP0LOOP0MOVMOVP1P1，A A；輸出控制模型；輸出控制模型ACALLACALLDELAYDELAY；延時；延時INCINCR3R3；控制步數(shù)加；控制步數(shù)加1 1DJNZDJNZR2R2，LOOP1LOOP1；步數(shù)未走完，繼續(xù)；步數(shù)未走完，繼續(xù)RETRET圖圖4-474-47所示三相六拍步進電機控制程序如下：所示三相六拍步進電機控制程序如下：微機控制技術443 步進電進電機與與微型機的接口及程序設計設計微機控制技術LOOP2LOOP2： MOVMOV A A，R3R3；求反向控制模型的偏移量；求反向控制模型的偏移量 ADDADD A A，#07H#07H MOV MOV R3 R3，A A AJAMP AJAMP LOOP1 LOOP1DELAYDELAY： ；延時程序；延時程序 POINTPOINT DB DB01H,03H,02H,06H