微機原理與接口技術(shù)第八章

微機原理及接口技術(shù)第8章基于總線的I/O接口設(shè)計8.1基于ISA總線的I/O接口設(shè)計8.1.5步進電機接口18.1.5步進電機接口控制信號→機械動作→電機交流電機直流電機步進電機：一步一步轉(zhuǎn)動連續(xù)轉(zhuǎn)動2步進電機是一種用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電機。主要優(yōu)點：步距角和轉(zhuǎn)速不受電壓波動和負載變化的影響，僅與脈沖個數(shù)、脈沖頻率有關(guān)。每轉(zhuǎn)一周有固定的步數(shù)，在不失步的情況下運行，其步距誤差不會長期積累→精度高、定位準確。適合于在數(shù)字控制的開環(huán)系統(tǒng)中作為驅(qū)動電機。主要缺點：效率低，需配適當?shù)尿?qū)動電源。帶慣性負載的能力不強。8.1.5步進電機接口

一、步進電機的基本工作原理

（一）概述3特點來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角?？刂泼}沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速。改變線圈的通電順序，即可改變旋轉(zhuǎn)方向。種類：勵磁式、反應(yīng)式（磁阻式）勵磁式步進電機：轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈。反應(yīng)式步進電機：轉(zhuǎn)子上沒有勵磁線圈，應(yīng)用廣泛。應(yīng)用：非常廣泛。如：在數(shù)控機床、打印機、繪圖儀、掃描儀、磁盤驅(qū)動器等設(shè)備中都得到應(yīng)用。8.1.5步進電機接口

一、步進電機的基本工作原理

（一）概述48.1.5步進電機接口

一、步進電機的基本工作原理

（二）三相反應(yīng)式步進電機的工作原理51.結(jié)構(gòu)：

步進機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。它們均由磁性材料構(gòu)成，其上分別有六個、四個磁極。定子轉(zhuǎn)子定子繞組6定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相。ABC定子轉(zhuǎn)子IAIBIC72.工作方式步進電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相雙三拍、三相單雙六拍等?！叭唷保翰竭M電機的相數(shù)；“單”：每次只給一相繞組通電；“雙”：每次同時給二相繞組通電；“三拍”：定子控制繞組共改變?nèi)瓮姺绞剑?/p>

完成一個循環(huán)。82.工作方式步進電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。1）三相單三拍（1相激磁方式）①三相繞組聯(lián)接方式：Y型②三相繞組中的通電順序為：A相

B相

C相通電順序也可以為：

A相C相B相

9③工作過程化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。A相通電，A方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁A相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊。CA'BB'C'A341210CA'BB'C'A3412同理，B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉(zhuǎn)30；C相通電再轉(zhuǎn)30。1C'342CA'BB'A11這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點：（1）齒距角：t＝360/Zr＝

90°

步距角：S＝t

/3＝90°（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)速取決于控制繞組通電方式改變的頻率。定子控制繞組每改變一次通電方式，稱為一拍；此時電機轉(zhuǎn)過的空間角度稱為步距角。/3齒數(shù)拍數(shù)122）三相雙三拍（2相激磁方式）三相繞組的通電順序為：

AB

BC

CA

共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412BC通電CA'BB'C'A341213工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30，即S=30。CA通電CA'BB'C'A3412143）三相單雙六拍（1-2相激磁方式）三相繞組的通電順序為：

AABBBCCCA

共六拍。工作過程：A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A341215所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA'通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15°。（1）BB'

磁場對2、4齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。A、B相同時通電（2）AA'

磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。CA'BB'C'A341216總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角S＝t

/6＝90°，為15。CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了15。以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。/617f：電脈沖的頻率轉(zhuǎn)速步距角：步進機通過一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。m：一個周期的運行拍數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)如：Zr

=4,m=3時，步距角“控制繞組相數(shù)”×1或×2（rpm）188.1.5步進電機接口

一、步進電機的基本工作原理

（三）小步距角的步進電機19實際采用的步進電機的步距角多為3度和1.5度，步距角越小，機加工的精度越高。為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)子40個齒，定子仍是6個磁極，但每個磁極上也有五個齒。ABCAA’BB’CC’20ABCAA’BB’CC’轉(zhuǎn)子的齒距等于360/40=9，齒寬、齒槽各4.5。步距角：為使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。三相一相或二相激磁21工作原理：假設(shè)是單三拍通電工作方式。(a)A相通電時，定子A相的五

個小齒和轉(zhuǎn)子對齊。此時，

B相和A

相空間差120，含

120/9=齒

A相和C相差240，含

240/9=個齒。

所以，A相的轉(zhuǎn)子、定子的五個小齒對齊時，B相、C相不能對齊，B相的轉(zhuǎn)子、定子相差1/3個齒（3），C相的轉(zhuǎn)子、定子相差2/3個齒（6）。ABCAA’BB’CC’22若工作方式改為三相六拍，則每通一個電脈沖，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)1.5；轉(zhuǎn)動方向由相序決定。（b）A相斷電、B相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過1/3個齒（3），使B相轉(zhuǎn)子、定子對齊。

同理，C相通電再轉(zhuǎn)3

……ABCAA’BB’CC’錯齒是促使步進電機旋轉(zhuǎn)的根本原因。23步進電機的激磁方式：1相激磁方式：

電源功耗小，高速時易失步，S＝30°

三相單三拍：按A→B→C→A順序通電。

（四相：A→B→C→D→A→

……）

定子控制繞組每改變一次通電方式，稱為一拍。8.1.5步進電機接口

一、步進電機的基本工作原理

（三）激磁方式總結(jié)時刻拍12345678…A10010010…B01001001…C00100100…24步進電機的激磁方式：2相激磁方式：

電源功耗大，不易失步，S＝30°

三相雙三拍：按AB→BC→CA→AB順序通電。

（四相：AB→BC→CD→DA→

……）8.1.5步進電機接口

一、步進電機的基本工作原理

（三）激磁方式總結(jié)時刻拍12345678…A10110110…B11011011…C01101101…（或相反）25步進電機的激磁方式：1-2相激磁方式：

每次走的角度是①、②的一半，S＝15°

三相單、雙六拍運行方式：

按A→AB→B→BC→C→CA或相反順序通電。8.1.5步進電機接口

一、步進電機的基本工作原理

（三）激磁方式總結(jié)時刻拍12345678…A11000111…B01110001…C00011100…26步進電機的激磁方式：1-2相激磁方式：

每次走的角度是①、②的一半，S＝15°

四相：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA8.1.5步進電機接口

一、步進電機的基本工作原理

（三）激磁方式總結(jié)時刻拍12345678…A11000001…B01110000…C00011100…D00000111…278.1.5步進電機接口

一、步進電機的基本工作原理

（四）控制框圖變頻

信號源脈沖

分配器功率

放大器步進

電機負

載指令方向控制28脈沖分配器：移位寄存器單片機專用IC放大電路：三極管專用IC8.1.5步進電機接口

二、脈沖分配器及驅(qū)動放大電路

（一）脈沖分配器2974LS194：四位雙向通用移位寄存器8.1.5步進電機接口

二、脈沖分配器及驅(qū)動放大電路

（一）脈沖分配器右移補充位(左)左移補充位(右)功能選擇0功能選擇1復(fù)位/清零時鐘要裝載

的數(shù)據(jù)移位寄存器輸出電源、地3074LS194：四位雙向通用移位寄存器復(fù)位/清零保持右移左移裝載10011100高位向低位移低位向高位移注：“左移”、“右移”以Q3、Q2、Q1、Q0順序為準。3174LS194：四位雙向通用移位寄存器8.1.5步進電機接口

二、脈沖分配器及驅(qū)動放大電路

（一）脈沖分配器S1S0狀態(tài)01左移（順時針旋轉(zhuǎn)）10右移（逆時針旋轉(zhuǎn)）11裝載（初始化）00輸出保持表8.7脈沖分配器模式控制表328.1.5步進電機接口

二、脈沖分配器及驅(qū)動放大電路

（一）脈沖分配器圖8.422相激磁的脈沖分配器電路S1S0＝10S1S0＝01S1S0＝112相激磁方式（4相雙4拍）33利用單片機構(gòu)成智能脈沖分配器：改變延時時間→

改變脈沖頻率利用移位的方法產(chǎn)生脈沖：1相激磁：

000100012相激磁：

001100111-2相激磁：交替移位輸出

00010001

001100118.1.5步進電機接口

二、脈沖分配器及驅(qū)動放大電路

（一）脈沖分配器圖8.43由8039構(gòu)成的

智能脈沖分配器34利用專用IC構(gòu)成脈沖分配器：TD62803P8.1.5步進電機接口

二、脈沖分配器及驅(qū)動放大電路

（一）脈沖分配器圖8.44脈沖分配器TD62803P引腳定義

正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)激磁方式控制3相/4相初始狀態(tài)檢出φ輸出允許時鐘輸出時鐘輸入(正)復(fù)位時鐘輸入(反)高有效35放大電路：三極管、專用IC【例】利用三極管：線路簡單，功率元

件少，成本低。效率低，只適用于

小功率步進電機。8.1.5步進電機接口

二、脈沖分配器及驅(qū)動放大電路（二）驅(qū)動放大電路＋URf2Rf1DCV一相控

制繞組i控制

信號368.1.5步進電機接口

三、步進電機控制接口實例圖8.45步進電機控制接口實例壓控振蕩器①②③④⑤⑥⑦INTR378.1.5步進電機接口

三、步進電機控制接口實例D7D0CLKQ0Q1Q2Q3譯碼驅(qū)動ABCDD7～D0AENA9～A0IOW8