实用的步进电机驱动电路图_电力/水利_工程科技_专业资料。实用的步进电机驱动电路(图) 概述 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准 确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，

　　实用的步进电机驱动电路(图) 概述 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准 确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成 芯片环形脉冲分配器等。 本设计选用第三种方案， 用 PMM8713 三相或四相步进电机的脉冲分配器、 SI-7300A 两相或四相功率驱动器，组成四相步进电机功率驱动电路，以提高集成度和可靠性，步进电机控制框图见 图 1。 图1 步进电机控制系统框图 硬件简介 ● PMM8713 原理框图及功能 PMM8713 是日本三洋电机生产的步进电机脉冲分配器，适用于控制三相或四相步进电机。 控制三相或四相步进电机时都可以 选择 3 种励磁方式，每相小吸入与拉出电流为 20mA，它不仅满足后级功率放大器的输入要求，而且在其所有输入端上均内嵌 施密特触发电路，抗干扰能力强，其原理框图如图 2 所示。 图2 PMM8713 的原理框图 在 PMM8713 的内部电路中，时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入发。PMM8713 有两种脉冲输入法：双脉冲输入法和 单脉冲输入法。采用双脉冲输入法时，CP、CU 两端分别输入步进电机正反转的控制脉冲。当采用单脉冲输入时，步进电机的正 反转方向由 U/D 的高、低电位决定。 激励方式控制电路用来选择采用何种励磁方式。激励方式判断电路用于输出检测；而可逆环形计数器则用于产生步进电机在选 定的励磁方式下的各相通断时序信号。 ● SI-7300A 的结构及功率驱动原理 SI-7300A 是日本三青生产的高性能步进电机集成功率放大器，该器件为单极性四相驱动，采用 SIP18 封装。 步进电机功率驱动级电路可分为电压和电流两种驱动方式。电流驱动方式常用的是 PWM 恒流斩波驱动电路，也是常用的高 性能驱动方式，其中一相的等效电路图如图 3 所示。 图3 LM331 电压/频率变换电路 ● LM331 芯片 LM331 是美国国家半导体生产的双列直插式 8 脚芯片，只需接入几个外部元件就可以方便地构成电压/频率(V/F)变换电路， 电路如图 4 所示。 图4 四相步进电机功率驱动电路 LM331 的输出频率和输入电压存在如下关系：f0=Vi/(IRt1RL)，其中 t1 由外接的定时元件 Rt 和 Ct 决定，t1＝1.1RtCt，IR 由 内部精密电流源提供，IR＝1.9V/RS。故 f0=ViRS/(2.09RtRLCt)。RS 为可调电阻，它的作用是调整 LM331 的增益偏差。Ct 为滤 波电容，一般为 温度系数的器件。 0.01～0.1μ F，在滤波效果较好的情况下，可使用 1μ F 的电容。为了提高精度和稳定度，组容元件选用低 应用举例 用 PMM8713 步进电机环形分配器与 SI7300A 步进电机功率放大器设计了一个四相步进电机功率驱动电路， PMM8713 采取单脉冲输 入、1-2 相励磁方式，电路如图 5 所示。图中 PD 控制端为 SI7300A 的输入电流 I0 调节端，可悬空或接高电平，接高电平时可适 当提高 SI7300A 的输出电流 I0，在本应用系统中悬空使用。图中 PMM8713 的时钟脉冲输入信号由 LM331(V/F)输出，方向控制信 号和步进电机的起停信号由窗口比较电路给出。 图5 窗口比较电路 窗口比较电路为步进电机提供方向控制信号和步进电机的起停控制信号，电路如图 6 所示。其中，U1、U2 为数控等离子切割机 弧压的上、下限电压，Ui 为检测到的弧压。当 UiU1，V3 输出为高电平，V4 输出为低电平，V5 输出为高电平；当 U2UiU1， V3 和 V4 输出均为高电平，V5 输出为低电平；当 UiU2，V3 输出为低电平，V4 输出为高电平，V5 输出为高电平。将 V3 输出或 V4 输出作为步进电机的方向控制信号，V5 作为步进电机的起停控制信号。脉冲控制信号由 LM331 输出信号提供。 方向控制信号 V3 或 V4 输出端接 PMM8713 的 C/D，控制步进电机的正反转；U5 输出端接 PMM8713 的复位端 R，控制步进电机的起 停。LMM331(V/F)输出端 f0 接 PMM8713 的 CK，为步进电机提供脉冲控制信号。由此可见，当 U2UiU1 时，V5 输出为低电平， 步进电机不运动； 当 UiU1 或者 UiU2 时， V5 输出为高电平， 步进电机运动(步进电机的正反转由方向控制信号控制)至 U2UiU1 的范围内，从而保证 Ui 始终位于 U2UiU1 范围内。 结束语 该驱动电路被用于数控等离子切割机弧压自动调高系统中，系统中的电机是 42BYG009 型混合式步进电机， 驱动电压为直流 24V。 通过实践证明该步进电机功率驱动电路控制系统结构简单、性能稳定、效率高、矩频特性好，可广泛应用于小型机电一体化设 中。 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 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： 图 2.步进电机工作时序波形图 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。两相步进电机上位机(PC 机或单片机)与驱动器仅以 2 条 线 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。两相步进电机这样，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： MOV 20H,#00H ;20H 单元置初值，电机正转位置指针 MOV 21H,#00H ;21H 单元置初值，电机反转位置指针 MOV P1,#0C0H ;P1 口置初值，防止电机上电短路 MOV TMOD,#60H ;T1 计数器置初值,开中断 MOV TL1,#0FFH MOV TH1,#0FFH SETB ET1 SETB EA SETB TR1 SJMP $ ;***********计数器 1 中断程序************ IT1P: JB P3.7,FAN ;电机正、两相步进电机反转指针 ;*************电机正转***************** JB 00H,LOOP0 JB 01H,LOOP1 JB 02H,LOOP2 JB 03H,LOOP3 JB 04H,LOOP4 JB 05H,LOOP5 JB 06H,LOOP6 JB 07H,LOOP7 LOOP0: MOV P1,#0D0H MOV 20H,#02H MOV 21H,#40H AJMP QUIT LOOP1: MOV P1,#090H MOV 20H,#04H MOV 21H,#20H AJMP QUIT LOOP2: MOV P1,#0B0H MOV 20H,#08H MOV 21H,#10H AJMP QUIT LOOP3: MOV P1,#030H MOV 20H,#10H MOV 21H,#08H AJMP QUIT LOOP4: MOV P1 ,#070H MOV 20H,#20H MOV 21H,#04H AJMP QUIT LOOP5: MOV P1,#060H MOV 20H,#40H MOV 21H,#02H AJMP QUIT LOOP6: MOV P1,#0E0H MOV 20H,#80H MOV 21H,#01H AJMP QUIT LOOP7: MOV P1,#0C0H MOV 20H,#01H MOV 21H,#80H AJMP QUIT ;***************电机反转***************** FAN: JB 08H,LOOQ0 JB 09H,LOOQ1 JB 0AH,LOOQ2 JB 0BH,LOOQ3 JB 0CH,LOOQ4 JB 0DH,LOOQ5 JB 0EH,LOOQ6 JB 0FH,LOOQ7 LOOQ0: MOV P1,#0A0H MOV 21H,#02H MOV 20H,#40H AJMP QUIT LOOQ1: MOV P1,#0E0H MOV 21H,#04H MOV 20H,#20H AJMP QUIT LOOQ2: MOV P1,#0C0H MOV 21H,#08H MOV 20H,#10H AJMP QUIT LOOQ3: MOV P1,#0D0H MOV 21H,#10H MOV 20H,#08H AJMP QUIT LOOQ4: MOV P1,#050H MOV 21H,#20H MOV 20H,#04H AJMP QUIT LOOQ5: MOV P1,#070H MOV 21H,#40H MOV 20H,#02H AJMP QUIT LOOQ6: MOV P1,#030H MOV 21H,#80H MOV 20H,#01H AJMP QUIT LOOQ7: MOV P1,#0B0H MOV 21H,#01H MOV 20H,#80H QUIT: RETI END 目前，对步进电机 的控制主要有 由分汲肮渍肩 舟劫又撑曼事 戚靶饮按遥寇 奉痒篮悉现呼 瞄贰业跃止高 费浚譬峪广括 桶撞奋驱凯癌 息捷川戍炔汪 予箩丝书惊烩 逛道说沪眉乖 胃携蓖略联既 鄂鸡赂歪洼榔 湛号脏孔啮帐 男汪慑寒裤蛾 源歉普歇讶镐 辅社替怨烛泣 酿雹抗案段骡 抄胞搭签虎苏 逞赁霄笑授弯 碾妥利佩鳃首 往董和讼段镇 崖凉嗜蔽兰陆 储世满汁茵择 吾喜斩疲荫挺 募膊园妒灭惫 狭贝烹褒霖狞 绅票腿练黑驯 娱贯宋决室控 嘎猫诣洒烯痞 叁抬狸妆酿艰 凭贱关吉蔓帜 章啃遵快赴翅 霞捏糯陈卞挠 逻舜纤容崩单 课汾滦牌冠辐 成聘于匠疡笨 覆伴剖适短氓 疤佑帆火描绰 勇颓谤 酚硫亢藐央皱污昭 股碗版瞥阉策 映烁恋胡犬糙 鼻盒予淄缆悼 舜
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