第六章 信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)

第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)1現(xiàn)代電子技術(shù)及應(yīng)用北京信息科技大學(xué)光電信息與通信工程學(xué)院第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)2D/A轉(zhuǎn)換器顯示器件執(zhí)行部件功率放大器第六章信號輸出第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)36.1D/A轉(zhuǎn)換器一、DAC性能指標(biāo)1.滿刻度值VFSV=(1-2-n)VFSR2.分辨率LSB=VFSR/2n3.動(dòng)態(tài)范圍DR=20log102n第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)46.1D/A轉(zhuǎn)換器4.偏移誤差和增益誤差5.積分非線性（INL）和差分非線性（DNL）實(shí)際的包絡(luò)線與兩端點(diǎn)間的直線的最大偏差稱為積分非線性（INL）。在理想情況下，相鄰線條之間的高度差為1LSB。偏離這個(gè)理想值的最大偏差稱為差分非線性（DNL）。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)56.1D/A轉(zhuǎn)換器例：在所示的3比特DAC中，計(jì)算INL和DNL。k:000001010011100101110111INL:00-1/21/2-11/2-1/20DNL:00-1/21-3/23/2-1?若DNL<-1LSB，則傳遞特性變?yōu)榉菃握{(diào)的。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)66.1D/A轉(zhuǎn)換器6.建立時(shí)間：描述D/A轉(zhuǎn)換快慢的一個(gè)主要參數(shù)，指從開始轉(zhuǎn)換到模擬量輸出到達(dá)最終值所需的時(shí)間，一般幾納秒～幾百微秒。實(shí)際建立時(shí)間的長短不僅與D/A轉(zhuǎn)換器的速度有關(guān)，而且與數(shù)字量變化的大小有關(guān)。數(shù)字量從全0變到全1（或從全1變到全0）時(shí)，建立時(shí)間最長，稱為滿量程變化的建立時(shí)間。7.尖峰：指輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)誤差。由于內(nèi)部電路對輸入比特變化的響應(yīng)不一致造成?？梢圆捎酶咚俨蓸颖３址糯笃?SHA)，全譯碼式(fullydecoded)DAC、分段式(segmented)DAC和插值式DAC等方法濾除或減小尖峰誤差。

第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)76.1D/A轉(zhuǎn)換器1.加權(quán)電阻DAC二、DAC電路原理第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)86.1D/A轉(zhuǎn)換器2.T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

每個(gè)已標(biāo)記節(jié)點(diǎn)向右看的等效電阻均等于2R。從每個(gè)節(jié)點(diǎn)向下流的電流等于向右邊流的電流。從左端流入該節(jié)點(diǎn)的電流是上面電流的兩倍。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)96.1D/A轉(zhuǎn)換器3.電流模式T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

io與io’互補(bǔ)：第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)106.1D/A轉(zhuǎn)換器4.典型D/A芯片應(yīng)用——DAC781112bit，單通道，乘法DAC（MultiplyingDAC，MDAC）

2.7~5.5V電源

±15V參考電壓

50MHz串行接口

10MHz乘法帶寬

4象限乘法第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)116.1D/A轉(zhuǎn)換器DAC7811內(nèi)部結(jié)構(gòu)與管腳圖第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)126.1D/A轉(zhuǎn)換器R-2RDAC等效電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)136.1D/A轉(zhuǎn)換器(a)數(shù)字可編程衰減器(b)數(shù)字可編程放大器第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)146.1D/A轉(zhuǎn)換器DAC7811與MSP430F449接口電路

第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)156.1D/A轉(zhuǎn)換器DAC7811的SPI接口第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)166.1D/A轉(zhuǎn)換器DAC7811的SPI接口（續(xù)）第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)176.2顯示器件1.LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極管）概述(1)發(fā)光二極管：用于各種電子產(chǎn)品的光源和狀態(tài)指示。按照發(fā)光顏色可以分為紅色、綠色、藍(lán)色、橙色等；按照圓形發(fā)光二極管直徑分為Ф3.0mm、Ф5.0mm、Ф10mm等；(2)數(shù)碼管：用于各類儀表、家用電器等的數(shù)字顯示?？煞譃椤?”字形的七段數(shù)碼管、“米”字形數(shù)碼管等。(3)專用顯示模塊：專用顯示模塊指專用時(shí)鐘顯示板以及用于空調(diào)、熱水器等專門領(lǐng)域數(shù)字和其它信息的顯示模塊。(4)LED點(diǎn)陣顯示器：可構(gòu)成大屏幕顯示器，可用于顯示文字、圖像、動(dòng)畫、行情及電視、錄像等。LED點(diǎn)陣顯示屏按顯示顏色可分為單基色（紅色或綠色等）、雙基色（紅色、綠色）、三基色（紅色、綠色、藍(lán)色）；按像素間距可分為3mm、5mm、8mm、10mm等；按使用環(huán)境可分為室內(nèi)屏、室外屏以及半戶外屏。一、LED驅(qū)動(dòng)與接口電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)186.2顯示器件2.LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)與接口電路(1)LED驅(qū)動(dòng)：

LED工作電壓約為1.5V左右，LED工作時(shí)需要一定的工作電流，才能正常發(fā)光，流過LED的電流大小決定了它的發(fā)光強(qiáng)度，為保護(hù)LED不被燒壞，通常需要加限流電阻。7406構(gòu)成的LED驅(qū)動(dòng)電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)196.2顯示器件(2)LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)與接口電路：第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)206.2顯示器件移位寄存器74LS164組成的靜態(tài)顯示接口電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)216.2顯示器件MC14495組成的靜態(tài)顯示接口電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)226.2顯示器件MC14495和7406組成的動(dòng)態(tài)顯示接口電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)236.2顯示器件MAX7221組成的顯示接口電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)246.2顯示器件3.LED點(diǎn)陣顯示器驅(qū)動(dòng)與接口電路LED點(diǎn)陣顯示器結(jié)構(gòu)第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)256.2顯示器件單片機(jī)控制的LED點(diǎn)陣顯示電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)266.2顯示器件典型的LED視頻顯示框圖第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)278.2LCD驅(qū)動(dòng)與接口電路1.LCD

(LiquidCrystalDisplay，液晶顯示器)原理與分類反射型LCD結(jié)構(gòu)示意圖二、LCD驅(qū)動(dòng)與接口電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)286.2顯示器件LCD顯示器可分為：段式液晶顯示器、字符型液晶顯示器、圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器、帶漢字字庫圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器、專用型液晶顯示器、彩色液晶顯示器等。另外，按照采光分為：自然采光、背光源采光。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)296.2顯示器件2.LCD顯示模式LCD顯示器的靜態(tài)顯示方式

第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)306.2顯示器件LCD顯示器的動(dòng)態(tài)顯示方式

第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)316.2顯示器件3.LCD顯示器接口電路段位式LCD靜態(tài)顯示電路

第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)326.2顯示器件字符式LCD液晶顯示器接口電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)336.2顯示器件點(diǎn)陣式LCD液晶顯示器接口電路第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)346.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.單相異步電動(dòng)機(jī)概述單相異步電動(dòng)機(jī)是利用單相交流電源供電的一種小容量交流電動(dòng)機(jī)，功率約在幾瓦到幾千瓦。

單相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,使用方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于小型機(jī)床、農(nóng)用機(jī)器、電動(dòng)工具、家用電器和醫(yī)療器械等設(shè)備。單相異步電動(dòng)機(jī)與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)相比，其體積較大、運(yùn)行性能較差、效率較低。

一、單相異步電動(dòng)機(jī)第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)356.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.單相異步電動(dòng)機(jī)原理單相異步電動(dòng)機(jī)有定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)基本組成部分，定子包括定子鐵心、定子繞組和機(jī)座等部分。定子繞組一般需要安放兩相繞組，即主繞組（工作繞組）和副繞組（啟動(dòng)繞組）。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等部分組成。工作繞組和啟動(dòng)繞組空間位置

第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)366.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作繞組A和啟動(dòng)繞組B空間位置相隔90O度，電流從A、B端流入，A’、B’流出。工作繞組A中的電流與啟動(dòng)繞組B中的電流相位相差90°，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)電流變化一個(gè)周期（360°），旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)一周（360°）。旋轉(zhuǎn)磁場使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，形成電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向和旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致。工作繞組和啟動(dòng)繞組中電流第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)376.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)磁場第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)386.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.單相異步電動(dòng)機(jī)的控制單相異步電動(dòng)機(jī)的控制主要包括換向和調(diào)速。

若要對其進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制，需改變兩套繞組中其中一套繞組的電流相位180°來改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

調(diào)速方法主要有變極調(diào)速、變頻調(diào)速、抽頭法調(diào)速、串電抗器調(diào)速和可控硅調(diào)壓調(diào)速等。

變頻調(diào)速設(shè)備復(fù)雜、成本高。

變極調(diào)速、抽頭法調(diào)速、串電抗器調(diào)速只能調(diào)定幾個(gè)固定的速度。

下面簡單介紹目前較多采用的串電抗器調(diào)速和可控硅調(diào)速。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)396.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）串電抗器調(diào)速如圖所示，在單相異步電動(dòng)機(jī)的供電線路中串聯(lián)電抗器，通過調(diào)速開關(guān)選擇電抗器繞組的匝數(shù)來調(diào)節(jié)電抗值，改變電抗器上分壓的大小，從而改變電動(dòng)機(jī)兩端的電源電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。

第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)406.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)（2）可控硅調(diào)速:電動(dòng)機(jī)控制回路中串入雙向可控硅，控制可控硅的導(dǎo)通角可以控制電動(dòng)機(jī)的上交流電壓的大小，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)416.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.微型直流電動(dòng)機(jī)概述微型直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好和易于控制等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)裝置及伺服系統(tǒng)。

有刷直流電動(dòng)機(jī)作為最早的電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，但是有刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要通過電刷換向，會產(chǎn)生火花并導(dǎo)致電磁干擾。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是近年來發(fā)展起來的一種新型電機(jī)，它用電子換向裝置代替了有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置，保留了有刷直流電動(dòng)機(jī)寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速特性，同時(shí)又克服了有刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向帶來的一系列缺點(diǎn)，具有效率高、無換向火花、可靠性高、噪聲低、壽命長、體積小、重量輕等一系列優(yōu)點(diǎn)。

二、微型直流電動(dòng)機(jī)第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)426.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.微型直流電動(dòng)機(jī)原理微型直流電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。

定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、端蓋和電刷裝置等部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)子（電樞）由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。

第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)436.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過直流電源勵(lì)磁產(chǎn)生恒定磁場，電樞繞組受到電磁力的作用產(chǎn)生電磁力矩，使得電樞沿電磁轉(zhuǎn)矩方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來

。

電刷和換向器的作用是將電源的直流電轉(zhuǎn)換成交流電送給電樞繞組，以保證電樞的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，電動(dòng)機(jī)按一定方向旋轉(zhuǎn)

。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)446.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.微型直流電動(dòng)機(jī)控制微型直流電動(dòng)機(jī)控制主要包括電動(dòng)機(jī)變向和調(diào)速。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向取決于電磁轉(zhuǎn)矩的方向，要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)變向，需要設(shè)法改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向。通常采用的方法是保持勵(lì)磁方向不變，改變電樞電壓的方向，即將電樞電源的兩條線對調(diào)。微型直流電動(dòng)機(jī)主要通過改變電源電壓、電樞電阻和勵(lì)磁磁通三個(gè)電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速方法電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性硬度不變，且可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，應(yīng)用范圍較廣。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)456.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)SG1731是直流電動(dòng)機(jī)PWM控制單片集成電路，它以輸入誤差信號的幅值和極性控制兩路脈寬調(diào)節(jié)信號，控制H橋輸出。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)466.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)PWM控制芯片SG1731組成的調(diào)速電路。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)476.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)脈寬調(diào)制原理圖。a)死區(qū)工作方式b)非死區(qū)工作方式第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)486.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)三、步進(jìn)電機(jī)單相異步交流電動(dòng)機(jī)和微型直流電動(dòng)機(jī)主要都是作為動(dòng)力來使用，其主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和測速電機(jī)等各種控制電機(jī)的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和傳遞控制信號，要求有較高的控制性能，能量的轉(zhuǎn)換是次要的。對控制電機(jī)的主要要求為：反應(yīng)快、精度高、重量輕、體積小、耗電少和運(yùn)行可靠等。1.步進(jìn)電機(jī)概述第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)496.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號進(jìn)行控制、并將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)角位移或線位移的控制電機(jī)。給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。在負(fù)載能力的范圍內(nèi)，可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)506.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）步進(jìn)電機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)控制性能好。改變電脈沖輸入，就可以方便地控制電機(jī)的起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好。

步距值不受各種干擾因素的影響。它的速度主要取決于輸入的脈沖的頻率，總位移正比于輸入脈沖的個(gè)數(shù)。電壓，電流和溫度的變化等不影響步距值。

無累積誤差。步進(jìn)電機(jī)每走一步的實(shí)際步距與理論值有誤差，但每轉(zhuǎn)一圈的累積誤差為零。

步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力。當(dāng)步進(jìn)脈沖停止輸入時(shí)，讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)保持原來的電流或流過較小電流時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以保持轉(zhuǎn)子位置不變。

步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)516.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)（2）步進(jìn)電機(jī)主要缺點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的效率和容量低。

步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)容易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大時(shí)容易出現(xiàn)丟步的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。

步進(jìn)電機(jī)帶慣性負(fù)載的能力較差。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)526.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)（3）步進(jìn)電機(jī)分類按步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式，可以將步進(jìn)電機(jī)分為旋轉(zhuǎn)式和直線式兩類。按步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將步進(jìn)電機(jī)分為反應(yīng)式（磁阻式）步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）和混合式（感應(yīng)子式）步進(jìn)電機(jī)（HB）三種類型。按步進(jìn)電機(jī)繞組中電流方向，可以將步進(jìn)電機(jī)分為單極性步進(jìn)電機(jī)、雙極性步進(jìn)電機(jī)和通用步進(jìn)電機(jī)三種類型。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)536.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)單極性步進(jìn)電機(jī)：每極有兩個(gè)繞組，每個(gè)繞組中電流僅沿一個(gè)方向流動(dòng)，它也被稱為兩線步進(jìn)電機(jī)。雙極性步進(jìn)電機(jī)：每極只有單一的繞組，每個(gè)繞組都可以兩個(gè)方向通電。因此每個(gè)繞組都既可以是N極又可以是S極。它又被稱為單繞組步進(jìn)電機(jī)。與同樣尺寸和重量的單極性步進(jìn)電極相比，雙極性步進(jìn)電機(jī)的場強(qiáng)是單極性步進(jìn)電機(jī)的兩倍，具有更大的驅(qū)動(dòng)能力。通用步進(jìn)電機(jī)：它既可配置為單極性也可配置為雙極性步進(jìn)電機(jī)。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)546.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)（4）步進(jìn)方式步進(jìn)電機(jī)有三種步進(jìn)方式：單拍、雙拍、半拍方式。單拍步進(jìn)方式是指每次僅給一個(gè)繞組通電。雙拍方式是同時(shí)給兩個(gè)繞組通電，雙拍方式的優(yōu)點(diǎn)是比單拍方式輸出力矩大，不過耗電多。半拍方式工作是讓兩個(gè)繞組通電與單個(gè)繞組通電方式交替地進(jìn)行。半拍方式的輸出力矩比雙拍方式小，不過它可以獲得雙拍方式兩倍的步進(jìn)分辨率。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)556.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.步進(jìn)電機(jī)工作原理三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理圖。步進(jìn)方式為三相單三拍，步距角=30°。通電順序?yàn)锳-B-C-A。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)566.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理圖。步進(jìn)方式為三相單、雙六拍，即半拍，步距角=15°。通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)576.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的橫截面圖。轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為40，則齒鋸角為360/40=9°。定子的極距為360/6=60°。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)586.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的展開圖。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)596.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)一相通電時(shí)磁場情況。通電順序?yàn)锳-B-C-A。步進(jìn)方式為三相單三拍，步進(jìn)角為3°。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)606.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)二相通電時(shí)磁場情況。通電順序?yàn)锳B-BC-CA-AB。步進(jìn)方式為三相雙三拍，步進(jìn)角為3°。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)616.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)也可以按三相六拍方式（A-AB-B-BC-C-CA-A-）工作。每改變一次通電狀態(tài)，磁場軸線轉(zhuǎn)過60o，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過1/6齒距，步進(jìn)角為1.5°。三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)可以有不同的通電狀態(tài)和運(yùn)行拍數(shù)，每改變一次通電狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，表達(dá)式為：m為相數(shù)，Zr為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)，C為步進(jìn)方式系數(shù)，單三拍、雙三拍C=1，三相六拍C=2.第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)626.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.步進(jìn)電機(jī)常用術(shù)語相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。拍數(shù)：完成電機(jī)內(nèi)磁場變化一個(gè)周期所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以三相電機(jī)為例，有三相三拍運(yùn)行方式，即A-B-C-A-；三相雙三拍方式，即（AB-BC-CA-AB-）；三相六拍運(yùn)行方式，即A-AB-B-BC-C-CA-A-。步距角：指每給一個(gè)脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移。失步：由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟不上磁場變化的速度或大于磁場變化的速度，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)不等于理論上的步數(shù)，稱為失步。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)636.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)振蕩：步進(jìn)電機(jī)振蕩現(xiàn)象主要發(fā)生在低頻區(qū)或急停情況下，工作在共振區(qū)域時(shí)，振蕩加劇，甚至失步。共振區(qū)域與步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及負(fù)載有關(guān)，為使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大，不失步和降低噪音，一般工作頻率應(yīng)避開共振區(qū)。零位：指不改變繞組的通電狀態(tài)，在空載情況下的平衡位置。失調(diào)角：轉(zhuǎn)子偏離零位的角度。矩角特性：指不改變各相繞組的通電狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)646.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)典型的矩角特性如圖6-34所示，近似為正弦波，最大靜轉(zhuǎn)矩是步進(jìn)電機(jī)主要性能指標(biāo)之一。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)656.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)4.步進(jìn)電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)環(huán)形分配器接收控制器發(fā)出的步進(jìn)脈沖，并按照步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表要求的順序產(chǎn)生各相導(dǎo)通或截止的信號。每來一個(gè)步進(jìn)脈沖，環(huán)形分配器的狀態(tài)變化一次。步進(jìn)脈沖頻率決定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。環(huán)形分配器同時(shí)接收控制器發(fā)出的方向信號，決定其狀態(tài)轉(zhuǎn)換是按照正轉(zhuǎn)順序還是反轉(zhuǎn)順序變化。信號處理部分實(shí)現(xiàn)斬波、細(xì)分等特殊功能。功率驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路提供給足夠的功率給步進(jìn)電機(jī)，完成過流、過壓、欠壓和過熱等保護(hù)功能。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)666.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）環(huán)形分配器環(huán)形分配器的功能是在控制器的步進(jìn)脈沖和方向信號作用下產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)各相需要的通斷控制信號。環(huán)形分配器主要類型有：專用集成芯片、EPROM電路、數(shù)字電路、可編程器件和軟件產(chǎn)生方法。環(huán)形分配器專用集成芯片具有集成度高、可靠性好和使用方便等特點(diǎn)。只需要輸入脈沖信號、方向信號和使能信號，即可輸出各相需要的波形。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)676.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)環(huán)形分配器CH250構(gòu)成的三相六拍工作方式接線圖。其中CP為輸入的步進(jìn)脈沖，A、B、C為三相狀態(tài)輸出。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)686.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)（2）驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器需要為步進(jìn)電機(jī)繞組提供足夠的電壓和電流。由于步進(jìn)電機(jī)的供電是斷續(xù)的、負(fù)載為電感特性以及步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢等情況，在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器時(shí)既要考慮步進(jìn)電機(jī)繞組得到正確的電壓電流波形，又要保證功率放大部分的安全運(yùn)行。下面簡單介紹步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、斬波恒流驅(qū)動(dòng)、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)、細(xì)分驅(qū)動(dòng)和雙極性驅(qū)動(dòng)。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)696.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)單電壓驅(qū)動(dòng)單電壓驅(qū)動(dòng)指電機(jī)繞組在工作時(shí)，只有一個(gè)電源電壓。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)706.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)單電壓驅(qū)動(dòng)原理當(dāng)脈沖頻率較低時(shí)，繞組通電時(shí)間較長，電流平均值大，獲得能量高，轉(zhuǎn)矩大；當(dāng)脈沖頻率較高時(shí)，繞組通電時(shí)間較短，電流平均值小，獲得能量少，轉(zhuǎn)矩下降。隨著轉(zhuǎn)速提高，反電動(dòng)勢越大，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降。步進(jìn)電機(jī)還有一個(gè)重要的問題是低頻振蕩，即當(dāng)頻率較低時(shí)，電機(jī)處于步進(jìn)工作狀態(tài)，每一步都發(fā)生過沖現(xiàn)象，在穩(wěn)定平衡點(diǎn)形成振蕩過程，無法帶載和正常工作。通常采用加機(jī)械阻尼、電路阻尼（如增大R）和改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)等方法消除低頻振蕩。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)716.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)雙電壓驅(qū)動(dòng)雙電壓驅(qū)動(dòng)原理圖第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)726.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)雙電壓驅(qū)動(dòng)原理當(dāng)?shù)蛪嚎刂泼}沖為高電平時(shí)，低壓開關(guān)三極管TL導(dǎo)通。此時(shí)，若高壓開關(guān)三極管TH導(dǎo)通，則高壓電源+UH通過TH給電路提供驅(qū)動(dòng)電壓，二極管D2反向截止，低壓電源+UL停止供電；若高壓開關(guān)三極管TH關(guān)斷，高壓電源+UH停止供電，低壓電源+UL通過二極管D2給電路提供驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)電機(jī)處于鎖定狀態(tài)或運(yùn)行于低頻段時(shí)，高壓開關(guān)三極管TH關(guān)斷，低壓電源+UL通過二極管D2給電路供電。當(dāng)?shù)蛪嚎刂泼}沖為低電平時(shí)，低壓開關(guān)三極管TL關(guān)斷，R、L和二極管D1組成續(xù)流電路。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)736.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)斬波恒流驅(qū)動(dòng)典型斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路原理圖第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)746.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)斬波恒流驅(qū)動(dòng)當(dāng)控制脈沖Ua為高電平時(shí)，低壓控制脈沖Ub為高電平,低壓開關(guān)三極管TL導(dǎo)通。此時(shí)，若高壓控制脈沖Uc為高電平,則開關(guān)三極管TH導(dǎo)通，則高壓電源+UH通過TH給電路提供驅(qū)動(dòng)電壓，二極管D2反向截止，低壓電源+UL停止供電；若高壓控制脈沖Uc為低電平，高壓開關(guān)三極管TH關(guān)斷，高壓電源+UH停止供電，低壓電源+UL通過二極管D2給電路提供驅(qū)動(dòng)電壓。繞組電流通過檢測電阻R2轉(zhuǎn)換為電壓Ud并和給定值比較，若大于給定值，高壓控制脈沖Uc為低電平，若小于給定值，高壓控制脈沖Uc為高電平，通過控制開關(guān)三極管TH的通斷調(diào)整繞組電流，使繞組電流恒定。第六章信號輸出(現(xiàn)代電子技術(shù)與應(yīng)用)756.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)典型調(diào)