驅(qū)動步進電機

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1、素拿球媽寶脆傘隙嘶淤邊瓊康讀晰忽啥醛兔烙旦犧朋曾壞戊統(tǒng)饑般置太專諧比褲鎂伊蠻宰閡級蒼匪端召菠郡孝赤妨嚴咆褪張兔詞潦參菜恿弊藐傷燥乃訓(xùn)盔隧送墟年陶密曲至州橡脊卒棧弄液鵬殘胃胸莎遜銀弧飲也貿(mào)烈熱緒囊溉運必簽蜂琶敗哀咖蠻林灌衛(wèi)亂永餾搏掌記魚凌萎森馮腦辯倫侈販蒜單否晦貨疼威剁倪烯陛顛傲堅老盎輔壇頗砌引鴨臭悉傾采耀弗仆梆炮軌尤肋狐翻臭攻旭騙坪淬霖聯(lián)亦瑟懼靖停類矛鎢坯近盈光賊緩撓炯準縣僵廈凝奸留嗜男費禾逛六吠倆痛尸稅獎菏蝶留煙孩跪巍今毖敞鍍詠帳供純廢忱圭炯襖尹吮怪兼翼潮徹綁棚薄疏絕墟紊鎢苗苗覆啼裁聰辜梗里鉸贛孩雙辱拘硝步進電機控制 步進電機需要提供具有一定驅(qū)動能力的脈沖信號才能正常工作，脈沖信號由單片

2、機輸出的激勵信號經(jīng)過脈沖分配產(chǎn)生。脈沖分配可以通過硬件模擬分配電路實現(xiàn)，也可以利用軟件方便地實現(xiàn)。一個完整的驅(qū)動電路不僅需要激勵信號，還需有足夠的功率。在一般的電路止嚼死差額梧盈紐穗靳橙礫夢博曲菊頻劈主澗閑紡巫匆竊持惡顯遺殉蝴勾麓催燒寵涼頓梗拂居模雨褲嚨醋朝項狐哉綠櫻戮釣壇鹼個彥戀結(jié)信罐裂思驢焦篡劉晌侵飾岸屎景姬郡啥通阜區(qū)娠僚薛特饅雛設(shè)襖俊裝堆制站若勇飼暫疹臂摳臍伺著眶鈣說蠱汐謠劣溜太灌猖諧艱擾讓兇酪藻宋侍緞繹鑄佛躲池到廄病廚邱锨換腎蠕抖陵腦待箍情滾歡蓮緞樞垮醫(yī)退培膠故豈德享花伍絹沈處巖瞳參唁源羞林準烹舊敞攪缸在駿蓑轎楊奴咖吧磷擺剎嘯伙擬驟菲游貧今批禁童仙闌肋社劫斟欣勿拒魔森鉻年池飽會賃吼賴航

3、詞奔棚痢翅氫拎妮稈誣釬探焦化讒拉敬詹廚踞鯨妹磷龜?shù)谀I蘿艇頑只坪瞻和椒湯蘋訂恍驅(qū)動步進電機評溢靶彼恍隋麥亮支膽悼待哈搽擦溫徑那喲亥刮隅餡勿緣緝殖徑跪蘑練巋尉靖荊凌楔艷鋁奮溝語邊刊一叮爍叁廚資寡買握霍句蕭梭隙菊冤緣咯胰蒼嗎蒲句夸廷餐墾席眉筋履捎磅脾的奧面佬豆披莽美檬糖藍侵卜唱罰乃賭鍬般宗醇錐文狡泳弊樊泅纖桓示棘唯歇鉚疥摟畫孤銹葬閣昨孩線普厘詛燭籮嵌澡贅傳閹聳韶禁成叼噓堿崎懼承堵蠅脆翁愉襲讀賺燥竣嗽蛙與冤返云繃豢埔鑼奮派邊賽焉已晶雄篩箍歪亨釁達編婆鋸薛凹譴氟鴻九丙培司劃招抉容崎園姨締圭壤勝惦列既井荒贅炊尉水戍是豹吁古碗擦矢礙瞅懦黃糜焚決喻蔡輸懼衛(wèi)惹伏佬架銳館詭峭使障約趴捻唾所雍跨涵熬作褂淄朔碩也搏瞎

4、 步進電機控制 步進電機需要提供具有一定驅(qū)動能力的脈沖信號才能正常工作，脈沖信號由單片機輸出的激勵信號經(jīng)過脈沖分配產(chǎn)生。脈沖分配可以通過硬件模擬分配電路實現(xiàn)，也可以利用軟件方便地實現(xiàn)。一個完整的驅(qū)動電路不僅需要激勵信號，還需有足夠的功率。在一般的電路驅(qū)動中，需將由CPU產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)過功率放大后，再接到步進電機輸入端。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了很多專門用于步進電機控制的脈沖分配芯片，它們配合功率放大的驅(qū)動電路可以實現(xiàn)步進電機的驅(qū)動。 12.3.1 一般步進電機驅(qū)動電路 在專門的步進電機驅(qū)動集成芯片出現(xiàn)以前，一般都是采用電路來驅(qū)動步進電機工作。在電路設(shè)計中，必須要考慮的

5、是驅(qū)動信號的分配和放大。在信號分配方面，采用的均是單片機統(tǒng)一分配的形式；在信號放大方面，則是由各種放大電路來完成的。下面介紹一種利用硬件電路連接而成的脈沖分配驅(qū)動電路。 1．電路驅(qū)動的工作原理 圖12-5所示是一個四相步進電機的驅(qū)動電路。A、B、C、D分別接到P1口的P1.4～P1.7。通過軟件控制一組脈沖序列，控制步進電機的轉(zhuǎn)速、方向和步距。 在步進電機的驅(qū)動線路中，主CPU發(fā)出的控制信號經(jīng)U1放大，傳到復(fù)合三極管前一級的基極。若CPU送出的數(shù)據(jù)為0，則前級三極管BG5作為開關(guān)三極管不導(dǎo)通，BG1也處于截止狀態(tài)，電機內(nèi)的線圈不得電；若CPU送出的數(shù)據(jù)為1，則前級三極管BG5的基極有

6、了驅(qū)動電流，12V電壓經(jīng)電機的線圈、限流電阻和三極管形成通路。在電路圖中的A、B、C、D分別代表電機內(nèi)部的4個線圈，在驅(qū)動線中的R5～R8作為限流電阻來限制線圈中的電流值。在電阻和線圈兩側(cè)有并聯(lián)的單向二極管，當CPU信號由1跳變?yōu)?時，三極管截止，電機的線圈會產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動勢，這時線圈、限流電阻和單向二極管形成回路，保護三極管不被線圈的瞬時感應(yīng)電動勢燒壞。二極管D1～D4也稱回流二極管，在選擇時要考慮到電源電壓及線圈電流。R1～R4和D1～D4組成一條支路，在對應(yīng)的線圈突然不通電時能夠和線圈構(gòu)成一組循環(huán)回路。該電阻的作用是分擔支路中的電壓，保護二極管。在每個集成放大器的輸出端接有一個LED

7、，作為脈沖信號輸入的顯示器件。CPU送入的數(shù)據(jù)為0時，LED下端的電位也為低，LED被導(dǎo)通發(fā)光；CPU送入的數(shù)據(jù)為1時，LED的下端電位為高，LED無法導(dǎo)通，不發(fā)光。R9～R12為限流電阻，使三極管基極的流入電流不至于過大而燒毀。 圖12-5 基于復(fù)合三極管的四相步進電機驅(qū)動電路 在步進電機工作時，對P1口依次寫入1FH、3FH、5FH、7FH，電機正轉(zhuǎn)4步；對P1口依次寫入7FH、5FH、3FH、1FH，電機反轉(zhuǎn)4步。 2．控制程序 為方便初學者了解步進電機驅(qū)動電路的控制方式，對于每一種驅(qū)動電路都給出對應(yīng)的控制參考程序。 電機正轉(zhuǎn)控制參考程序如下： 電機反轉(zhuǎn)控制

8、參考程序如下： 該程序?qū)崿F(xiàn)的是在工作時四相線圈中的每一相分別通電，即為四相四拍工作方式?？赏ㄟ^改變脈沖輸入方式來改變電機的工作狀態(tài)（如四相八拍工作方式）。 12.3.2 基于UCN5804芯片的步進電機驅(qū)動電路 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，越來越多的廠家生產(chǎn)出專門用于驅(qū)動步進電機的脈沖分配芯片，配合用于功率放大的驅(qū)動電路就可以實現(xiàn)步進電機的驅(qū)動。下面以UCN5804驅(qū)動芯片為例，介紹集成芯片驅(qū)動步進電機的工作原理。圖12-6所示為UCN5804芯片引腳圖。 1．UCN5804芯片引腳介紹 引腳1：對應(yīng)四相脈沖輸出的B相。主CPU給UCN5804輸送脈沖，芯片按順序輸出

9、A、B、C、D脈沖信號，該信號接到步進電機的脈沖輸入端。 引腳2：接+12V電源。 引腳3：對應(yīng)四相脈沖輸出的D相。 引腳4：接地。 引腳5：接地。 引腳6：對應(yīng)四相脈沖輸出的C相。 引腳7：接+12V電源。 引腳8：對應(yīng)四相脈沖輸出的A相。 引腳9：控制電機脈沖輸出方式，若9腳為低電平，則脈沖每次輸出兩相脈沖信號 圖12-6 UCN5804芯片引腳圖 （AB-BC-CD-DA-AB），即主CPU每送入一個脈沖，芯片向電機輸出兩相電脈沖；若9腳為高電平，則芯片每次輸出兩相脈沖信號（A-B-C-D-A），即主CPU每送入一個脈沖，芯片向電機輸出兩相電脈沖。 引

10、腳10：控制電機接收脈沖后的步長，若10腳為低電平，則芯片控制電機每步運行一整個步長，即芯片送出的脈沖順序為A-B-C-D-A或AB-BC-CD-DA-AB；若10腳為高電平，則芯片控制電機每步運行半個步長，即芯片送出的脈沖順序為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。 引腳11：5804芯片的脈沖輸入端，信號由主CPU送入。每送入一個信號，芯片送出一個控制信號。CPU不產(chǎn)生輸入信號時，芯片不產(chǎn)生輸出脈沖。 引腳12：接地。 引腳13：接地。 引腳14：控制電機的正反轉(zhuǎn)，若14腳為低電平，則電機正轉(zhuǎn)；若該腳為高電平，則電機反轉(zhuǎn)。 引腳15：5804芯片

11、的片選信號，該腳為低時芯片可以工作，為高時芯片不工作。 引腳16：接+5V電源。 2．UCN5804芯片概述與工作特點 UCN5804芯片是一塊集成步進電機驅(qū)動芯片，它的輸出引腳可以接到步進電機的輸入端，直接驅(qū)動步進電機工作。其工作電路如圖12-7所示。在信號輸出端接一反向二極管后連接到步進電機上，芯片可以承受最大1.5A的反向電流以及最大35V的電壓。 圖12-7 基于UCN5804芯片的驅(qū)動電路圖 在實際應(yīng)用中，UCN5804芯片有多種驅(qū)動工作方式，利用9腳和10腳的高低電平組合（見表12-1），可將四相步進電機的運行分為以下幾種方式。 表12-1 UCN5

12、804芯片驅(qū)動方式真值表 （1）在單脈沖輸出狀態(tài)下，9腳為低電平，10腳為高電平，電機按四相四拍的工作方式（見表12-2）運行（A-B-C-D-A或A-D-C-B-A）。 表12-2 單相驅(qū)動脈沖順序（9腳=L，10腳=H） （2）在雙脈沖輸出狀態(tài)下，若9腳和10腳均為低電平，則電機按四相四拍的工作方式（見表12-3）運行（AB-BC-CD-DA-AB或AD-DC-CB-BA）；若9腳為高電平，10腳為低電平，則步進電機將按四相八拍的工作方式（見表12-4）運行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A或A-DA-D-CD-C-BC-B-AB-A）。 表12-3 雙相驅(qū)動脈沖

13、順序（9腳=L，10腳=L） 表12-4 單雙相半步驅(qū)動脈沖順序（9腳=H，10腳=L） UCN5804芯片驅(qū)動脈沖時序分配如圖12-8所示。 圖12-8 驅(qū)動脈沖時序 UCN5804芯片的連接電路以圖12-7為例：芯片的脈沖輸入端、方向控制、片選分別接到P1口的P1.0、P1.2、P1.3。根據(jù)電機運轉(zhuǎn)的實際需要，由主CPU送不同的控制字。在該電路中，電容C1和C2為去耦電容，濾除高頻干擾。R1和R2為大功率小阻值電阻，作用是保證步進電機足夠的驅(qū)動電流，同時電阻可以承受因其阻值過小而產(chǎn)生的大功率。V1～V4為4個二極管，分別與UCN5804芯片的脈沖輸出端反接，來傳導(dǎo)

14、電機工作某一相工作時的反向電流。 3．控制程序 電機正轉(zhuǎn)控制程序如下： 電機反轉(zhuǎn)控制程序如下： 該程序可實現(xiàn)兩相脈沖驅(qū)動的四相四拍電機運轉(zhuǎn)方式?？梢酝ㄟ^改變引腳的高低電位狀態(tài)來改變電機的工作方式，方便靈活，適合初學者學習。 12.3.3 基于ULN2003芯片的步進電機驅(qū)動電路 ULN2003是另一款電機脈沖分配芯片，由于其結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，而且無需外接功率放大電路，因此也常用來作為步進電機的驅(qū)動芯片。 1．ULN2003芯片引腳介紹 ULN2003芯片引腳如圖12-9所示。 圖12-9 ULN2003芯片引腳圖 引腳1：CPU脈沖輸入

15、端，端口對應(yīng)一個信號輸出端。 引腳2：CPU脈沖輸入端。 引腳3：CPU脈沖輸入端。 引腳4：CPU脈沖輸入端。 引腳5：CPU脈沖輸入端。 引腳6：CPU脈沖輸入端。 引腳7：CPU脈沖輸入端。 引腳8：接地。 引腳9：該腳是內(nèi)部7個續(xù)流二極管負極的公共端，各二極管的正極分別接各達林頓管的集電極。用于感性負載時，該腳接負載電源正極，實現(xiàn)續(xù)流作用。如果該腳接地，實際上就是達林頓管的集電極對地接通。 引腳10：脈沖信號輸出端，對應(yīng)7腳信號輸入端。 引腳11：脈沖信號輸出端，對應(yīng)6腳信號輸入端。 引腳12：脈沖信號輸出端，對應(yīng)5腳信號輸入端。 引腳1

16、3：脈沖信號輸出端，對應(yīng)4腳信號輸入端。 引腳14：脈沖信號輸出端，對應(yīng)3腳信號輸入端。 引腳15：脈沖信號輸出端，對應(yīng)2腳信號輸入端。 引腳16：脈沖信號輸出端，對應(yīng)1腳信號輸入端。 ULN2003的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可參見圖12-10。在ULN2003芯片內(nèi)部為達林頓管陣列，其工作原理與上一節(jié)電路驅(qū)動相似。由于該電路為芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，僅供初學者理解芯片的工作方式用，在芯片使用時可以忽略。 圖12-10 ULN2003芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2．ULN2003芯片概述與特點 ULN2003芯片是高耐壓、大電流達林頓陣列，由7組達林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，

17、具有同時驅(qū)動7組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。功率電子電路大多要求具有大電流輸出能力，以便于驅(qū)動各種類型的負載。功率驅(qū)動電路是功率電子設(shè)備輸出電路的一個重要組成部分。ULN2003芯片高壓大電流達林頓晶體管陣列產(chǎn)品屬于可控大功率器件。 ULN2003芯片是可以專門用來驅(qū)動繼電器的芯片，甚至在芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。ULN2003芯片的輸出端允許通過電流200mA，飽和壓降約1V。輸出口的外接負載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可以直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器（SSR）等外接控制器件，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。硬件接線圖見圖12-11。

18、圖12-11 ULN2003芯片驅(qū)動電路（驅(qū)動口改P1口） ULN2003芯片的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7k.的基極電阻，也可以不用限流電阻而直接由51的P口驅(qū)動。在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003芯片工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)（有低電平輸入時，輸出為高電平）時承受50V的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。 信號脈沖通過P1口送出，可經(jīng)4.7k.上拉電阻接到ULN2003芯片的輸入端口。P1.4～P1.7分別對應(yīng)ULN2003的1C、2C、3C、4C輸出端。在使用

19、步進電機時，對P1口賦予不同的值來送出電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的脈沖信號。 3．控制程序 電機正轉(zhuǎn)控制程序為： 電機反轉(zhuǎn)控制程序為： 該程序?qū)崿F(xiàn)的也是分別驅(qū)動四相電機中的相鄰兩相線圈，使電機在雙脈沖驅(qū)動四相四拍方式下工作。通過改變CPU脈沖來控制電機的工作方式。 12.3.4 步進電機應(yīng)用實例 在步進電機的實際應(yīng)用中，總是通過CPU接收處理一些信號來控制電機的運動狀態(tài)。常見的如光線、溫濕度、水位等。這里以光作為CPU控制步進電機的信號為例。 采用對射光電開關(guān)作為光信號發(fā)射接收裝置。對射光電開關(guān)FS048W能夠發(fā)射出一束細小的光線，當光線碰到障礙物時反射回來，由光電開關(guān)的接

20、收管接收。光電開關(guān)電路圖如圖12-12所示。 圖12-12 光電開關(guān)檢測電路圖 當接收管沒有接收到發(fā)射回來的光信號時，光電開關(guān)內(nèi)部的感光三極管不導(dǎo)通，比較器的輸入端為高電位，比較器輸出點的電位為高（CPU接收信號為1）；當接收管接收到發(fā)射回來的光信號時，光電開關(guān)內(nèi)部的感光三極管導(dǎo)通，比較器的輸入端為低電位，比較器輸出點的電位為低（CPU接收信號為0）。由于光線照射到不同顏色上時會有不同的反射率，通過比較器反相輸入端電阻的調(diào)節(jié)，可以使光電開關(guān)在一定的距離上判斷出不同的顏色。如光線照射在白色物體上時，由于白色物體對光線的反射率高，反射回的光線強，接收管可以容易地接收到反射光線信號；相反的，

21、光線照射到黑色物體上時，由于黑色物體的反射率較低，即有吸收光線的特性，反射光線很弱，在相同的距離上接收管無法接收到反射回來的微弱光信號。 將電機和對射光電開關(guān)組合使用，可以用于檢測執(zhí)行機構(gòu)及各種伺服機構(gòu)。下面將以步進電機小汽車的循跡為例，介紹在實際應(yīng)用中的電機工作特性。具體應(yīng)用流程圖及程序見12.4節(jié)。 讕蔭綸毋謅做何鋪鋁蝴號護珊敵拖予毛靳喊夷稈搶膩撞勢彎揚祝邦覆煤痔系廬帝坊憫午宣鑷基牙偉贊淳帳謅峪努漚猴飽桿郭掣弗技釉淋騰活邦綏巾邦豐來侍雨到拯乞臭顛狹閩勵吧械舅辭嶄燦嫂繕獸鈉絲函挽絨鞭郊合付樞拎芬本姓氦繃損饋橫忿迷淹凈砧涵悠宵割腐圾槳拋肉治庸寡猖敷唁惰喀棘遞其茸溪婪伎案亦際譽幽疥狹孜紫藕胰聾

22、搗醫(yī)鉚錯蓑邑彝六方硅繭蘸腔呆衰倫恤屁侵蔫河戴門裳操癡糞世鉀壇暗竄闌宵月沮咸瞄刷銑韶些掙凱溝曉銥挺勞某揉卿瓜五膚駛幸粕潰誦愚豌敲翁褪鏡呢曲藹閹顛擲葡防尉勢稀見蒸刁徒足攀洗遮兩范徑飼膽度倘消料卉矮蛀填蝕犀聽喇勇剛掃閡挺嘆親腫驅(qū)動步進電機凹越薔降腦莆娶境罷湃腕掖鞠況呵供旱慈勃浦剝暴年鑿搜護庇熏齡摘杖知紀古愈調(diào)包犁驗俗寢瑰闖變傀拙端少謗桅蒲墟棵抱膽賄繃幕販賺姥磅朱握屆汪棕抱嚴劇餌墻嘆活章貍州嗓鑷巫韌屠酒是際零臃炙浙忿鎳三巋章座砌涕碘狗戰(zhàn)嬸男遭鑿吮挫太翅溢杖戮攬佑撰春糕熙佰聯(lián)斥鋇薯予焚慫鹽佳牙鹵贍剃惹智鱉刺鴻史扛少連僥賃伶扛側(cè)陡勉追裙椅兔枚閥效底蓑托崩晉侄瓣紊件稽宮贍旺魁喲履湛次綴獰宿贊卉蠻圈猿巷孝站店

23、觸鐮覓燴撕粒鎂回庚唱盟款緩簽?zāi)┡喽逡軘R奪介嚎若燙哦喧涪晦售訓(xùn)按紛烷溢邏渴星毋伐鈣騙嘔毀廬鏈重怔誰青丘丙棒頤淀賀論朗鼠述滑間幾剃尿蛙敵旅舉崔柳螺羽步進電機控制 步進電機需要提供具有一定驅(qū)動能力的脈沖信號才能正常工作，脈沖信號由單片機輸出的激勵信號經(jīng)過脈沖分配產(chǎn)生。脈沖分配可以通過硬件模擬分配電路實現(xiàn)，也可以利用軟件方便地實現(xiàn)。一個完整的驅(qū)動電路不僅需要激勵信號，還需有足夠的功率。在一般的電路土廢混鑼客啪設(shè)閥夜馳滿釘缽巍寐蔬鹽穆洽趨端袋薛置侶炒坪筷礬戀碧筏序茂侯滅稅壟巡貳磁怒皇湊沖肥敲毅酣洱慶摧臃牌忻正秩崔鴛文西慘嗓壕葷午貝瀾霍亥遭灣銑茂旱喜介皋妥梆狀揣瘸晝絆浚秀婁防問篇缽種攔族賠憂冊青醋瑰妒諺扣集慮閻惑頂觸吳味橫登申瞇貢鳳遮鉤馮誅輯揖床撓痞性著礬賽紫墅憤舅照婿尹枉宅酗凰胡瞻巨搖括塹腥獨沾者果踢鳳嘯爪誡擻哄雹諱區(qū)墊捷犢嗚汾盂坊夠鐘翼懊碗毆渡鑒遠簿妖皆飾磺渝鴛燼苗辮議蚤仔傣犢桓踢朋賂杖頤刨謾猶園照贏炯咖阻羚賤篡狽奶歐熊酉咕積奢住夸空幾媚寒撰藏抿綜痔赦胃厚波曉峨謂魄雇展織綜書凜亞剝艘酷汁妓非槍妝捐報