择要: 通过ATMEL89C51单片机对步进电机举办节制,首要先容了步进电机节制器、驱动电路和LED表现电路的计划,实现了步进电机的开环节制。在步进电机节制器的计划中,重点叙述了脉冲发生电路以及对速率的节制。该体系具有本钱低、节制利便的特点。

1　弁言

步进电机是一种将电脉冲信号调动成响应的角位移或直线位移的机电执行元件。节制步进电机的输入脉冲数目、频率及电机各相绕组的接通次序,可以获得各类必要的运行特征。尤其与数字装备配套时,浮现了更大的良好性,因此普及应用于数字节制体系中。

2　体系计划

步进电机开环节制体系框图如图1所示。体系由步进电机节制器、步进电机驱动电源、步进电机和LED状态表现等4部门构成,本文着重先容步进电机节制器、步进电机驱动电源、LED 表现状态3部门。

2. 1　步进电机节制器

步进电机节制器首要由单片机、晶振电路、8K RAM和光电断绝电路等构成(见图2) 。

(1) 晶振电路

单片机的时钟信号凡是用两种电路情势获得:内部振荡方法和外部振荡方法。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器,就组成了内部振荡方法。因为单片机内部有一个高增益反相放大器,当外接晶振后,就组成了自激振荡器并发生振荡时钟脉冲。内部振荡方法的外部电路如图3所示。本体系选C1和C2值为30 pF。

(2) 光电断绝电路

操作光断绝器构成的光电断绝电路将节制器与外部的驱动电路隔分开来,使得外部电路的变革不至于影响可能破坏节制体系,从而进步体系

的靠得住性,加强抗千扰手段。光断绝器最重要的参数是电传播输比CTR,凡是其值为0. 2～0. 9。输入数字信号提供必然的电流(5～10 mA)时,光

断绝器才会输出放大的数字电平。

光断绝器毗连时留意信号正负逻辑。光断绝器的输入、输出端地线必需相互离隔,而且输入、输出端两个电源必需单独供电;假如行使统一电源,外部滋扰信号也许通过电源串到体系中来。

(3) 存储模块

89C51单片机片内只有128 B的RAM,而本体系中必要存储的数据较多,需扩展外部RAM。

(4) 步进脉冲发生电路

在回收单片机的步进电机开环体系中,节制体系的CP脉冲的频率或换向周期现实上是节制步进电机的运行速率。体系可用两种步伐实现步

进电机的速率节制:一种是延时,一种是按时。

延时要领是在每次换向之后挪用一个延时子措施,待延时竣事后再次执行换向,这样周而复始就可发出必然频率的CP脉冲或换向周期。延时子措施的延时时刻与换向措施所用的时刻和就是CP脉冲的周期。该要领简朴,占用资源少,所有由软件实现,挪用差异的子措施可以实现差异速率的运行;但占用CPU时刻长,不能在运行时处理赏罚其他事变,因此只得当较简朴的节制进程。

按时要领是操作单片机体系中的按时器按时成果发生恣意周期的按时信号,从而可利便地节制体系输出CP脉冲的周期。当按时器起动后,按时器从装载的初值开始对体系及其周期举办加计数;当按时器溢出时,按时器发生间断,体系转去执行按时刻断子措施。将电机换向子措施放在按时刻断处事措施中,按时刻断一次,电机换向一次,从而实现电机的速率节制。因为从按时器装载完从头起动开始至按时器申请间断止,有必然的时距离断,造成按时时刻增进。为了镌汰这种按时偏差,实现准确按时,要对重装的计数初值作恰当调解。调解的重装初值首要思量两个身分:一是间断相应所需的时刻;二是重装初值指令所占用的时刻,包罗在重装初值前间断处事措施中的其他指令身分。综合这两个身分后,重装计数

初值的批改量取8个呆板周期,即要使按时时刻收缩8个呆板周期。

用按时刻断方法节制电念头变速时,现实上是不绝改变按时器装载值的巨细。在节制进程中,回收离散步伐迫近抱负起落速曲线。为了减

少每步计较装载值的时刻,体系计划时就把各离散点的速率所需的装载值固化在体系的ROM中,体系在运行顶用查表法查出所需的装载值,这

样可大幅镌汰占用CPU的时刻,进步体系的相应速率。其流程图如图4所示。

2. 2　步进电机驱动电路

步进电机驱动电路由专用芯片L297、L298组合而成。L297单片步进电机节制集成电路合用于双极性二相步进电机或四相单极性步进电机

的节制,与H桥式驱动芯片L298组合成完备的步进电机牢靠斩波频率的PWM恒流斩波驱动器。

L297步进电机节制集成电路发生四相驱动信号,用以节制双极性二相步进电机或四相单极性步进电机,可以回收半步、二相励磁和单相励磁

3种方法的切换。行使L297的突出特点是外部只需时钟、偏向和事变方法3 个输入信号,同时L297自动发生电机励磁相序,减轻了微处理赏罚器控

制和编程承担。L297具有D IP20和SO20 2种封装情势,可用来节制集成桥式驱动电路或分立元件构成的驱动电路。

L297首要由译码器、牢靠斩波频率的PWM恒流斩波器(2个)以及输出逻辑节制构成。

L298芯片是一种高电压、大电流、双H桥功率集成电路,可用来驱动继电器线圈、直流电机和步进电机等感性负载。每个H桥的下侧桥臂晶体管的发射极毗连在一路,响应的外接线端可用来毗连电流检测电阻。

由L297、L298 构成的步进电机驱动应用电路如图5所示。该电路为牢靠斩波频率恒流斩波驱动方法,合用于二相双极性步进电机或四相单极性步进电机, 最高电压46 V, 每相电流可达2 A。用2片L298和1片L297共同行使,可驱动更大功率的二相步进电机。

L297有3种事变方法:半步事变方法、双向励磁事变方法和单项励磁事变方法。双向励磁事变方法的相序波形如图6所示。

当L297的HALF /FULL为低电平,如译码器事变在奇数状态( 1、3、5、7)时,为双向励磁事变方法。该模式下,榨取信号INH1和INH2输出保持

高电平。如译码器事变在偶数状态下( 2、4、6、8) ,为单相励磁方法; 当HALF /FULL为高电平常,译码器发生半步事变方法相序,也就是8步格雷码时序。

2. 3　LED运行状态表现

本体系中,用74LS164 作为表现驱动,带锁存,回收串行接法,可以节省I/O口资源,但要行使SIO,发送数据时轻易节制。

3　结语

步进电机开环节制体系具有本钱低、简朴、节制利便等利益。在此方案中,负载位置对节制电路无反馈,因此步进电机必需正确相应每次励磁变革。假如励磁频率选择不妥,电机不能到达新的要求位置,那么现实的负载位置相对节制器所等候位置会呈现永世性偏差,也就是会发生“失步”和“过冲”征象。可以回收位置反馈或位置反馈确定与转子位置相顺应得到正确相位转换,从而大大改前进进电机的机能,这样就可以举办越发准确的位置节制和得到高速、安稳的速率了。