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文檔簡介
1、步進電機在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移,并且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。有時從一些舊設(shè)備上拆下的步進電機(這種電機一般沒有損壞)要改作它用,一般需自己設(shè)計驅(qū)動器。本文介紹的就是為從一日本產(chǎn)舊式打印機上拆下的步進電機而設(shè)計的驅(qū)動器。 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
2、2. 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。
3、160; 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
4、0; b. 雙四拍
5、60; 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
6、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。
7、; 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
8、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
9、序: MOV 20H,#00H ;20H單元置初值,電機正轉(zhuǎn)位置指針 MOV 21H,#00H
10、 ;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
11、60; ;T1計數(shù)器置初值,開中斷 MOV TL1,#0FFH MOV TH1,#0FFH SETB ET1 SETB EA SETB
12、; 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
13、正轉(zhuǎn)* JB 00H,LOOP0 JB 01H,LOOP1 &
14、#160; JB 02H,LOOP2 JB 03H,LOOP3
15、; JB 04H,LOOP4 JB 05H,LOOP5 JB
16、 06H,LOOP6 JB 07H,LOOP7LOOP0: MOV P1,#0D0H
17、 MOV 20H,#02H MOV 21H,#40H AJMP
18、; QUITLOOP1: MOV P1,#090H MOV 20H,#04H
19、0; MOV 21H,#20H AJMP QUITLOOP2: MOV P1,#0B
20、0H MOV 20H,#08H MOV 21H,#10H
21、160; AJMP QUITLOOP3: MOV P1,#030H MOV 20H,#10H
22、160; MOV 21H,#08H AJMP QUITLOOP4: MOV
23、; P1,#070H MOV 20H,#20H MOV 21H,#04H
24、 AJMP QUITLOOP5: MOV P1,#060H MOV
25、60; 20H,#40H MOV 21H,#02H AJMP QUITLOOP6: &
26、#160; MOV P1,#0E0H MOV 20H,#80H MOV &
27、#160; 21H,#01H AJMP QUITLOOP7: MOV P1,#0C0H
28、; MOV 20H,#01H MOV 21H,#80H AJMP
29、0; QUIT;*電機反轉(zhuǎn)*FAN: JB 08H,LOOQ0 JB 09H,LOOQ1
30、0; JB 0AH,LOOQ2 JB 0BH,LOOQ3
31、160; JB 0CH,LOOQ4 JB 0DH,LOOQ5 JB
32、60; 0EH,LOOQ6 JB 0FH,LOOQ7LOOQ0: MOV P1,#0A0H
33、60; MOV 21H,#02H MOV 20H,#40H AJMP
34、160; QUITLOOQ1: MOV P1,#0E0H MOV 21H,#04H &
35、#160; MOV 20H,#20H AJMP QUITLOOQ2: MOV P1,
36、#0C0H MOV 21H,#08H MOV 20H,#10H
37、; AJMP QUITLOOQ3: MOV P1,#0D0H MOV 21H,#10
38、H MOV 20H,#08H AJMP QUITLOOQ4: MOV
39、160; P1,#050H MOV 21H,#20H MOV 20H,#04H AJMP QUITLOOQ5: MOV &
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