控制步進電機方向

控制步進電機方向一，實驗目的1，熟悉步進電機的工作原理和勵磁方式。2，熟悉并靈活應用常用的IO口。3，了解驅動芯片ULH2003A的使用。二，實驗器材:LPC2138一片，四相步進電機一個，10千歐電阻兩個，5V電源，3.3V電源。三，實驗要求：按下按鍵一控制電機正轉按下按鍵二控制電機反轉四，預備知識1，ULN2003A簡介（高耐壓，大電流，有7個硅NPN達林頓管組成的驅動芯片）基本參數模塊配置:7NPN電壓,Vceo:50V集電極直流電流:500mA直流電流增益hFE:1000

工作溫度范圍:-20°Cto+85°C封裝類型:PDIP引腳數:16封裝類型:DIP晶體管數:7表面安裝器件:通孔安裝器件標號:2003最大連續(xù)電流,Ic:500mA芯片標號:2003輸入電壓最大:30V輸入類型:5VTTLCMOS輸出電壓最大:50V輸出電流最大:0.6A通道數:7邏輯功能號:2003可見ULN2003A依靠的是達林頓管的放大作用2，步進電機一、步進電機簡介步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。二、步進電機的分類1、應式步進電機（VR）2、永磁式步進電機（PM）3、混合式步進電機（HB）4、單相式步進電機三、步進電機的一些基本參數1、步距角表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。真正的步距角和驅動器有關。2、步進電機的相數是指電機內部的線圈組數，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，其步距角也不同

3保持轉矩

是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。四、步進電機的特點1、輸出角與輸入脈沖嚴格成正比，且在時間長同步。步進電機的步距角不受各種干擾因素，如電壓的大小、電流的數值、波形的影響，轉子的速度主要取決與脈沖信號的頻率，總的位移量則取決與總脈沖數。2、步進電機的轉向可以通過改變通電順序來改變。3、轉子慣量小，啟、停時間短。4、步進電機具有自鎖能力，一旦停止輸入脈沖，只要維持繞組通電機就可以保持在該固定位置。5、步進電機的步進角有誤差、轉子轉過一定步數以后也會出現累計誤差，但轉子轉過一轉時間以后，其累積誤差為零，不會長期積累。6、與計算機接口容易，維修方便，壽命長。步進電機本身就是一個數/模轉換器，能夠直接接受計算機的輸出的數字量。7、能量效率低，存在失步現象。五、步進電機的驅動電源1、步進電機應由專用的驅動電源來供電，由驅動電源和步進電機組成一套伺服裝置來驅動負載工作。2、步進電機的驅動電源，主要包括邊頻信號源、脈沖分配器和脈沖放大器等三個部分，如圖1－4所示。

六、感應子式步進電機工作原理

反應式步進電機原理

1、結構：

電機轉子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。0、1/3て、2/3て,

2、旋轉：

如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉子不受任何力以下均同）。

如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉子向右移過1/3て，此時齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過1/3て，此時與A偏移為1/3て對齊。

如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉子又向右移過1/3て七、感應子式步進電機1、特點(1)、應子式步進電機與傳統(tǒng)的反應式步進電機相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。（2）、因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。2、分類（1）、按相數可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。（2）、按機座號（電機外徑）可分為：42BYG(BYG為感應子式步進電機代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標準）

八、驅動控制系統(tǒng)組成

使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下：

1、脈沖信號的產生

脈沖信號一般由單片機或CPU產生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機轉速越高，占空比則越大。2、信號分配應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種。3、功率放大功率放大是驅動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機一經定型，其性能取決于電機的驅動電源。步進電機轉速越高，力距越大則要求電機的電流越大，驅動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如右：

4、細分驅動器九、步進電機的選擇步進電機有步距角（涉及到相數）、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。1、步距角的選擇2、靜力矩的選擇3、電流的選擇綜上所述選擇電機一般應遵循以下步驟：步進電機實驗機理和特點

步進電機的結構

步進電機的工作方式這種工作方式，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）每來一個電脈沖，轉子轉過30。此角稱為步距角，用S表示。（2）轉子的旋轉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向。二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序為：

AABBBCCCAA

共六拍。工作過程：A相通電，轉子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A3412所以轉子轉到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA'通電，轉子轉了15°。（1）BB'

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

磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。CA'BB'C'A3412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，步距角為15。CA'BB'C'A3412B相通電，轉子2、4齒和B相對齊，又轉了15。三、三相雙三拍三相繞組的通電順序為：

AB

BC

CA

AB

共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電以上三種工作方式，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。工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電脈沖，轉子也是轉30，即S=30。CA通電CA'BB'C'A3412本實驗采用單雙向六拍。此外還有小步距步進電機，這里不做介紹。十、步進電機的應用1.步進電機主要用于一些有定位要求的場合。例如：線切割的工作臺拖動，植毛機工作臺（毛孔定位），包裝機（定長度）。一般涉及到定位的場合都用得到。

2.廣泛應用于ATM機、噴繪機、刻字機、寫真機、噴涂設備、醫(yī)療儀器及設備、計算機外設及海量存儲設備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動化、機器人等領域。

3.步進電機在電腦繡花機等紡織機械設備中有著廣泛的應用，本實驗采用GPIO的P0.0，P0.1，P0.2，P0.3對應的驅動（1-2相勵磁）如下：

P0.0P0.1P0.2P0.3對應值相序

001002B011006BC010004C11000CCD100008D100109DA000101A001103AB

五，實驗電路圖主程序文件#include"Config.h"#include"Target.h"#defineKEY1(IO0PIN&(1<<20))//定義按鍵1#defineKEY2(IO0PIN&(1<<21))//定義按鍵2uint8conststep[]={0x00,0x02,0x06,0x04,0x0C,0x08,0x09,0x01,0x03};/*****************************************************************************名稱：DelayNS()*功能：長軟件延時*入口參數：dly

延時參數，值越大，延時越久*出口參數：無****************************************************************************/voidDelayNS(uint32dly){uint32i;for(;dly>0;dly--)

for(i=0;i<5000;i++);}/******************************************************************名稱：main()*功能：通過按鍵KEY1控制電機的正轉，KEY2控制電機的反轉******************************************************************/int

main(void){uint32i=0;PINSEL0=0x00000000; //設置所有管腳連接GPIOPINSEL1=0x00000000;IO0DIR=0x0000000f; //設置P0.0-P0.3控制口為輸出

IO0CLR=0xffffffff;while(1) {i=1;while(!KEY1){IO0PIN=