步进电机工作原理及驱动器电路设计含源程序doc.docx
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步进电机工作原理及驱动器电路设计含源程序doc
步进电机工作原理及驱动器电路设计(含源程序)
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步进电机工作原理及驱动器设计
步进电机在控制系统中具有广泛的应用。
它可以把脉冲信号转换成角位移,并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。
有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用,一般需自己设计驱动器。
本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。
本文先介绍该步进电机的工作原理,然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。
1.步进电机的工作原理
该步进电机为一四相步进电机,采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电,就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1四相步进电机步进示意图
开始时,开关SB接通电源,SA、SC、SD断开,B相磁极和转子0、3号齿对齐,同时,转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿,2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源,SB、SA、SD断开时,由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用,使转子转动,1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿,2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推,A、B、C、D四相绕组轮流供电,则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同,可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等,但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半,因此,八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示:
a.单四拍b.双四拍c八拍
图2.步进电机工作时序波形图
2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理
步进电机驱动器系统电路原理如图3:
图3步进电机驱动器系统电路原理图
AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出,经74LS14反相后进入9014,经9014放大后控制光电开关,光电隔离后,由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大,驱动步进电机的各相绕组。
使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。
图中L1为步进电机的一相绕组。
AT89C2051选用频率22MHz的晶振,选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。
图3中的RL1~RL4为绕组内阻,50Ω电阻是一外接电阻,起限流作用,也是一个改善回路时间常数的元件。
D1~D4为续流二极管,使电机绕组产生的反电动势通过续流二极管(D1~D4)而衰减掉,从而保护了功率管TIP122不受损坏。
在50Ω外接电阻上并联一个200μF电容,可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿,提高了步进电机的高频性能。
与续流二极管串联的200Ω电阻可减小回路的放电时间常数,使绕组中电流脉冲的后沿变陡,电流下降时间变小,也起到提高高频工作性能的作用。
3.软件设计
该驱动器根据拨码开关KX、KY的不同组合有三种工作方式供选择:
方式1为中断方式:
P3.5(INT1)为步进脉冲输入端,P3.7为正反转脉冲输入端。
上位机(PC机或单片机)与驱动器仅以2条线相连。
方式2为串行通讯方式:
上位机(PC机或单片机)将控制命令发送给驱动器,驱动器根据控制命令自行完成有关控制过程。
方式3为拨码开关控制方式:
通过K1~K5的不同组合,直接控制步进电机。
当上电或按下复位键KR后,AT89C2051先检测拨码开关KX、KY的状态,根据KX、KY的不同组合,进入不同的工作方式。
以下给出方式1的程序流程框图与源程序。
在程序的编制中,要特别注意步进电机在换向时的处理。
为使步进电机在换向时能平滑过渡,不至于产生错步,应在每一步中设置标志位。
其中20H单元的各位为步进电机正转标志位;21H单元各位为反转标志位。
在正转时,不仅给正转标志位赋值,也同时给反转标志位赋值;在反转时也如此。
这样,当步进电机换向时,就可以上一次的位置作为起点反向运动,避免了电机换向时产生错步。
图4方式1程序框图
方式1源程序:
MOV20H,#00H;20H单元置初值,电机正转位置指针
MOV21H,#00H;21H单元置初值,电机反转位置指针
MOVP1,#0C0H;P1口置初值,防止电机上电短路
MOVTMOD,#60H;T1计数器置初值,开中断
MOVTL1,#0FFH
MOVTH1,#0FFH
SETBET1
SETBEA
SETBTR1
SJMP$
;***********计数器1中断程序************
IT1P:
JBP3.7,FAN;电机正、反转指针
;*************电机正转*****************
JB00H,LOOP0
JB01H,LOOP1
JB02H,LOOP2
JB03H,LOOP3
JB04H,LOOP4
JB05H,LOOP5
JB06H,LOOP6
JB07H,LOOP7
LOOP0:
MOVP1,#0D0H
MOV20H,#02H
MOV21H,#40H
AJMPQUIT
LOOP1:
MOVP1,#090H
MOV20H,#04H
MOV21H,#20H
AJMPQUIT
LOOP2:
MOVP1,#0B0H
MOV20H,#08H
MOV21H,#10H
AJMPQUIT
LOOP3:
MOVP1,#030H
MOV20H,#10H
MOV21H,#08H
AJMPQUIT
LOOP4:
MOVP1,#070H
MOV20H,#20H
MOV21H,#04H
AJMPQUIT
LOOP5:
MOVP1,#060H
MOV20H,#40H
MOV21H,#02H
AJMPQUIT
LOOP6:
MOVP1,#0E0H
MOV20H,#80H
MOV21H,#01H
AJMPQUIT
LOOP7:
MOVP1,#0C0H
MOV;20H,#01H
MOV21H,#80H
AJMPQUIT
;***************电机反转*****************
FAN:
JB08H,LOOQ0
JB09H,LOOQ1
JB0AH,LOOQ2
JB0BH,LOOQ3
JB0CH,LOOQ4
JB0DH,LOOQ5
JB0EH,LOOQ6
JB0FH,LOOQ7
LOOQ0:
MOVP1,#0A0H
MOV21H,#02H
MOV20H,#40H
AJMPQUIT
LOOQ1:
MOVP1,#0E0H
MOV21H,#04H
MOV20H,#20H
AJMPQUIT
LOOQ2:
MOVP1,#0C0H
MOV21H,#08H
MOV20H,#10H
AJMPQUIT
LOOQ3:
MOVP1,#0D0H
MOV21H,#10H
MOV20H,#08H
AJMPQUIT
LOOQ4:
MOVP1,#050H
MOV21H,#20H
MOV20H,#04H
AJMPQUIT
LOOQ5:
MOVP1,#070H
MOV21H,#40H
MOV20H,#02H
AJMPQUIT
LOOQ6:
MOVP1,#030H
MOV21H,#80H
MOV20H,#01H
AJMPQUIT
LOOQ7:
MOVP1,#0B0H
MOV21H,#01H
MOV20H,#80H
QUIT:
RETI
END
4.结论
该驱动器经实验验证能驱动0.5N.m的步进电机。
将驱动部分的电阻、电容及续流二极管的有关参数加以调整,可驱动1.2N.m的步进电机。
该驱动器电路简单可靠,结构紧凑,对于I/O口线与单片机资源紧张的系统来说特别适用。
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美文欣赏
1、走过春的田野,趟过夏的激流,来到秋天就是安静祥和的世界。
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2、人的一生就是一个储蓄的过程,在奋斗的时候储存了希望;在耕耘的时候储存了一粒种子;在旅行的时候储存了风景;在微笑的时候储存了快乐。
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让心灵长出北归大雁的翅膀,乘着吹动彩云的熏风,捧着湿润江南的霡霂,唱着荡漾晨舟的渔歌,沾着充盈夜窗的芬芳,回到久别的家乡。
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月的柔情,夜懂;心的清澈,雨懂;你的深情,我懂。
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沧桑不是自然,而是经历;幸福不是状态,而是感受。
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阑珊灯火,映照旧阁。
红粉朱唇,腔板欲与谁歌?
画脸粉色,凝眸着世间因果;未央歌舞,轮回着缘起缘落。
舞袖舒广青衣薄,何似院落寂寞。
风起,谁人轻叩我柴扉小门,执我之手,听我戏说?
7、经年,未染流殇漠漠清殇。
流年为祭。
琴瑟曲中倦红妆,霓裳舞中残娇靥。
冗长红尘中,一曲浅吟轻诵描绘半世薄凉寂寞,清殇如水。
寂寞琉璃,荒城繁心。
流逝的痕迹深深印骨。
如烟流年中,一抹曼妙娇羞舞尽半世清冷傲然,花祭唯美。
邂逅的情劫,淡淡刻心。
那些碎时光,用来祭奠流年,可好?
8、缘分不是擦肩而过,而是彼此拥抱。
你踮起脚尖,彼此的心就会贴得更近。
生活总不完美,总有辛酸的泪,总有失足的悔,总有幽深的怨,总有抱憾的恨。
生活亦很完美,总让我们泪中带笑,悔中顿悟,怨中藏喜,恨中生爱。
9、海浪在沙滩上一层一层地漫涌上来,又一层一层地徐徐退去。
我与你一起在海水中尽情的戏嬉,海浪翻滚,碧海蓝天,一同感受海的胸怀,一同去领略海的温情。
这无边的海,就如同我们俩无尽的爱,重重的将我们包裹。
10、寂寞的严冬里,到处是单调的枯黄色。
四处一片萧瑟,连往日明净的小河也失去了光彩,黯然无神地躲在冰面下恹恹欲睡。
有母女俩,在散发着丝丝暖意的阳光下,母亲在为女儿梳头。
她温和的把头发理顺。
又轻柔的一缕缕编织着麻花辫。
她脸上写满笑意,似乎满心的慈爱永远装不下,溢到嘴边。
流到眼角,纺织进长长的。
麻花辫。
阳光亲吻着长发,像散上了金粉,闪着飘忽的光辉。
女儿乖巧地依偎在母亲怀里,不停地说着什么,不时把母亲逗出会心的微笑,甜美的亲情融化了冬的寒冷,使萧索的冬景旋转出春天的美丽。
11、太阳终于伸出纤纤玉指,将青山的柔纱轻轻褪去。
青山那坚实的肌胸,挺拔的脊梁坦露在人们的面前,沉静而坚毅。
不时有云雾从它的怀中涌起,散开,成为最美丽的语言。
那阳光下显得凝重的松柏,那苍茫中显现出的点点殷红,那散落在群山峰顶神秘的吻痕,却又增添了青山另外的神秘。
12、原野里那郁郁葱葱的植物,叫我们丝毫感受不到秋天的萧索,勃勃生机与活力仍在田间高山涌动。
谷子的叶是墨绿的,长而大的谷穗沉甸甸地压弯了昨日挺拔的脊梁;高粱仍旧那么苗条,满头漂亮的红缨挥洒出秋的风韵;那纵横原野的林带,编织着深绿浅黄的锦绣,抒写出比之春夏更加丰富的生命色彩。
13、终于,心痛,心碎,心成灰。
终于选择,在月光下,被遗忘。
百转千回,早已物是人非;欲说还休,终于咫尺天涯;此去经年,你我终成陌路。
爱你,终是一朵花开至荼糜的悲伤,一只娥飞奔扑火的悲哀。
14、世界这么大,能遇见,不容易。
心若向阳,何惧忧伤。
人只要生活在这个世界上,就有很多烦恼,痛苦或是快乐,取决于你的内心。
人不是战胜痛苦的强者,便是屈服于痛苦的弱者。
再重的担子,笑着也是挑,哭着也是挑。
再不顺的生活,微笑着撑过去了,就是胜利。
15、孤独与喧嚣无关,摩肩接踵的人群,演绎着身外的花开花谢,没谁陪你挥别走远的流年。
孤独与忙碌迥异,滚滚红尘湮没了心境,可少了终点的奔波,人生终究一样的苍白。
当一个人成长以后,在他已经了解了世界不是由鲜花和掌声构成之后,还能坚持自己的梦想,多么可贵。
16、生活除却一份过往和爱情外,还是需要几多的遐思。
人生并不是单单的由过往和爱情符号所组成的,过往是人生对所有走过岁月的见证;因为简单,才深悟生命之轻,轻若飞花,轻似落霞,轻如雨丝;因为简单,才洞悉心灵之静,静若夜空,静似幽谷,静如小溪。
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