步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)目錄一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與L298N驅(qū)動(dòng)電路2二、Protel DXP2004 的學(xué)習(xí)過程及心得5三、控制步進(jìn)電機(jī)電路的制作8四、雕刻電路板9五、購(gòu)買及焊接元器件9六、編寫程序10一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與L298N驅(qū)動(dòng)電路1、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電動(dòng)機(jī)。說通俗點(diǎn)，就是給一個(gè)電脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或者前進(jìn)一步，因此，步進(jìn)電機(jī)也稱脈沖電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速

2、由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)的角位移或線位移量與電脈沖個(gè)數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速或線速度與電脈沖頻率成正比。在負(fù)載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化。通過改變脈沖頻率的高低可以在很大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，并能進(jìn)行快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 如圖所示，當(dāng)A相通正電壓時(shí)，A相線圈將產(chǎn)生如圖（a）所示的磁性，磁體將轉(zhuǎn)至如圖（a）所示的位置；當(dāng)B相通正電壓時(shí)，同理將迫使磁體轉(zhuǎn)至如圖（b）所示的位置，即轉(zhuǎn)過一角度；當(dāng)A相斷電時(shí)，A相磁性消失，磁體將轉(zhuǎn)至如圖（c）所示的位置；當(dāng)A相通反電壓時(shí)，A相線圈將產(chǎn)生如

3、圖（d）所示的磁性，磁體將轉(zhuǎn)至如圖（d）所示的位置，這樣便轉(zhuǎn)過半圈。周而復(fù)始，電機(jī)便轉(zhuǎn)動(dòng)起來。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由脈沖的給的順序而定。電壓的正反向可由L298n實(shí)現(xiàn)，它的電路板電電路如下圖所示：（插針P1可接步進(jìn)電機(jī)的四根引腳，插針P2可接單片機(jī)的輸出引腳。） 步進(jìn)電機(jī)工作原理圖采用L298N，則兩相步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)的控制邏輯如下表所示：紅：B綠：B-藍(lán)：A黃：A-B B- A A-000100010101010101000100011001100010001010101010100010001001100000010001電機(jī)反轉(zhuǎn)則只需改變控制字給的順序即可（反過來送），比如采用單片機(jī)的P1口控制，其

4、中B（紅色線接P1.3）、B-（綠色線接P1.2）、A（藍(lán)色線接P1.1）、A-（黃色線接P1.0）。正轉(zhuǎn)時(shí)給P1口控制字為：00000001B 00000101B 00000100B 00000110B 00000010B 00001010B 00001000B 00001001B，則反轉(zhuǎn)時(shí)給P1口控制字為00001001B 00001000B 00001010B 00000010B 00000110B 00000100B 00000101B 00000001B。2、恒壓恒流橋式2A驅(qū)動(dòng)芯片L298NL298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：

5、工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；并可以直接用單片機(jī)的I/O口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。 L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS

6、，VSS可接457 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為2546 V。輸出電流可達(dá)25 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)每相克分別接在OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。EnA為低電平時(shí)，輸入電平對(duì)電機(jī)控制起作用，當(dāng)EnA為高電平，輸入電平為高一低，電機(jī)正或反轉(zhuǎn)起來。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停。 二、Protel DXP2004 的學(xué)習(xí)過程及心得1、Protel概

7、述及工作環(huán)境Protel DXP 是Protel的最新版本，它采用了全新的設(shè)計(jì)瀏覽器，將PCB圖繪制、拓?fù)洳季€、仿真及信號(hào)等電路板設(shè)計(jì)技術(shù)更好的整合到一起，使用戶以更加輕松的設(shè)計(jì)出復(fù)雜而優(yōu)秀的電路板。啟動(dòng)Protel DXP，在其界面里左右兩側(cè)有兩個(gè)面板標(biāo)簽，在左邊的面板標(biāo)簽里面有以下四個(gè)選項(xiàng)：filter、Projects（項(xiàng)目選項(xiàng)，用于顯示文件組成結(jié)構(gòu)）、PCBlibrary、Nivagator(導(dǎo)航選項(xiàng))。在右側(cè)包括：庫(kù)元件標(biāo)簽（選擇、添加、刪除元件）。面板標(biāo)簽有鎖定顯示方式、自動(dòng)隱藏方式、浮動(dòng)顯示方式等三種顯示方式。設(shè)置默認(rèn)顯示方式：View/Desktop Layouts/Defau

8、lt。新建一個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件（.prjpcb）：file/new/Project/PCB Project,單擊右鍵保存。新建一個(gè)原理圖設(shè)計(jì)文件：file/new/Schematic，單擊右鍵保存。新建一個(gè)PCB設(shè)計(jì)文件：file/new/PCB ，單擊右鍵保存。新建一個(gè)PCB庫(kù)文件：file/new/Library/PCB Library，單擊右鍵保存。新建一個(gè)原理圖庫(kù)文件：file/new/ Library/ Schematic Library，單擊右鍵保存。2、原理圖編輯器的使用圖紙參數(shù)設(shè)置：Design/Document Options柵格可分為：捕捉柵格、可視柵格、電氣柵格。通過Chan

9、ge System Font 可以改變字體格式。Standard Style 設(shè)置圖紙大?。J(rèn)A4）。滾動(dòng)滾輪可以上下移動(dòng)原理圖，按住右鍵不動(dòng)可以移動(dòng)原理圖（99 SE不具有的功能）。單擊Page Up鍵可以放大一倍，單擊Page Down 則縮小一倍。通過View菜單可以設(shè)置更多的視圖顯示大小。選中元器件：?jiǎn)螕糇箧I，出現(xiàn)綠色虛方框。用窗口拉出方框，可選中多個(gè)元器件。選中元器件后，按Ctrl+C鍵進(jìn)行復(fù)制操作，在空白處再按Ctrl+V鍵進(jìn)行操作，按Delete鍵，進(jìn)行刪除。移動(dòng)元器件：按住左鍵并拖動(dòng)。旋轉(zhuǎn)元器件：按住左鍵，同時(shí)按一次空格鍵。左右對(duì)稱：按住左鍵，同時(shí)按一次X鍵。上下對(duì)稱：按住左

10、鍵，同時(shí)按一次Y鍵。單擊左側(cè)的庫(kù)文件Schlib.SchLib，找到相應(yīng)元件后點(diǎn)擊Place,單擊鼠標(biāo)左鍵放置，跳出右側(cè)對(duì)話框，選擇“Yes”,否則在PCB中不能顯示出?？芍貜?fù)放置，單擊右鍵退出，雙擊跳出屬性對(duì)話框。單擊工具欄上的連接導(dǎo)線快捷按鈕，可以進(jìn)行元器件之間的連接導(dǎo)線，單擊右鍵退出連線狀態(tài)。當(dāng)需要連接導(dǎo)線的兩元器件相隔較遠(yuǎn)時(shí)，可以用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)進(jìn)行連接導(dǎo)線，單擊工具欄上放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)快捷按鈕，單擊要連接的導(dǎo)線接頭，雙擊它可以編輯其屬性（注意：連接的導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)要一致）。單擊工具欄上的接地符號(hào)的快捷按鈕，可以畫接地符號(hào)。單擊工具欄上的電源符號(hào)的快捷按鈕，可以畫電源符號(hào)，可以用“VCC5V”標(biāo)志

11、5V的電源。使用“Search”時(shí)，Scope的第二個(gè)選項(xiàng)打勾，如圖所示。3、PCB編輯器的使用新建一個(gè)PCB設(shè)計(jì)文件有三種方法：file/new/PCB ；使用向?qū)В皇褂媚０迳?。PCB印制電路板概述：一般可分為單層板、雙層板、多層板（銅膜、玻璃纖維）。層數(shù)的設(shè)置：Design/layer Stack Manager/Menu/Example layer StacksPCB編輯器環(huán)境參數(shù)設(shè)定：Design/Board Options，如圖所示。 PCB編輯器系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定：Tools/preferences，如圖所示。 選取、移動(dòng)、刪除等操作跟原理圖編輯方法一致。 雙擊元器件，編輯所要改變屬性

12、的元器件的屬性,如右圖所示,其中Text 代表元器件的標(biāo)號(hào)，圖中電阻值為1K，并且將下方的Hide的打勾去掉，單擊“OK”即可。測(cè)量管腳之間的距離：Place/Dimension/Linear鎖定元器件：將屬性的Locked打勾，如下圖所示。 未鎖定元器件 鎖定元器件連接導(dǎo)線時(shí)，按住Shift+空格鍵，可以改變拐彎形式，由45度變?yōu)閳A弧形式。雙擊導(dǎo)線，可以編輯導(dǎo)線寬度等屬性。在導(dǎo)線末端按“*”，導(dǎo)線由上層連到下層。4、PCB印制電路板設(shè)計(jì)實(shí)例學(xué)習(xí)在原理圖中，Design/Update PCB Document PCB1.PCBDOC,更新PCB編輯器。布局可分為：自動(dòng)布局、手動(dòng)布局。自動(dòng)布局:

13、 在PCB1.PCBDOC 中，Tools/Component Placement/Auto Placer如下圖所示，有成組放置和統(tǒng)計(jì)放置（后者適合元器件比較多的場(chǎng)合）。在自動(dòng)布局之前，應(yīng)該通過“Place/line”,畫出自動(dòng)布局限制范圍的矩形區(qū)域。自動(dòng)布局布線規(guī)則設(shè)置：Design/Rules,一般采用默認(rèn)設(shè)置即可。布線方式：自動(dòng)布線、手動(dòng)布線。自動(dòng)布線：Auto Route/All，采用默認(rèn)設(shè)置，單擊“Route All”確定。一般采用自動(dòng)布線和手動(dòng)布線相結(jié)合的方式。Auto Route/Net 進(jìn)行局部元器件自動(dòng)布線。手動(dòng)布線：?jiǎn)螕艄ぞ邫谏系目旖莅粹o，進(jìn)行手動(dòng)布線。敷銅操作：?jiǎn)螕艄ぞ邫?/p>

14、上的快捷按鈕，跳出下圖對(duì)話框，進(jìn)行敷銅。敷銅對(duì)話框單擊“OK”，畫出矩形區(qū)域，則在其內(nèi)部完成敷銅操作。5、創(chuàng)建元器件封裝元器件封裝是元器件在電路板上的外形與引腳之間的關(guān)系圖。它是Protel中的元器件跟實(shí)際的元器件對(duì)應(yīng)的紐帶，它要依據(jù)實(shí)際元器件的尺寸和焊盤間距來制作，它是以PCB庫(kù)文件的形式保存的。，依次是放置直線、防止焊盤、放置過孔快捷按鈕。三、控制步進(jìn)電機(jī)電路的制作1、原理圖的繪制電路基本功能： 以上電路負(fù)責(zé)將PC機(jī)上的MACH3軟件送出的控制信號(hào)分別傳送至X ，Y軸的驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)控制信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置和方向。并把X ，Y軸上限位開關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成EStop信號(hào)和原點(diǎn)信號(hào)反饋給MACH

15、3軟件進(jìn)行控制。相關(guān)元器件：2個(gè)74HC244I/O驅(qū)動(dòng)器，1個(gè)公的兩排15針串口，1個(gè)母的兩排15針串口，3個(gè)母的兩排25針并口，1個(gè)復(fù)位開關(guān)，1個(gè)7805，1個(gè)電源指示燈。2、制作完成后的PCB板圖：四、雕刻電路板五、購(gòu)買及焊接元器件元件清單如下：序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1二極管1N400782L298步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片L298N13發(fā)光二極管LED124電阻4.7K65電阻1K16電阻200R17電容10528排針2.54mm系列1排9排母2.54mm系列1排10穩(wěn)壓電源L7805CV1六、編寫程序STARTSTOP BIT 7FH ZFZ BIT 7EH MINSPD EQU 30 MAXSPD E

16、QU 60 SPEED DATA 23H DISPLAYBUF DATA 58H HHH EQU 42H VVV EQU 43H ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH LJMP DISPLAYINT ORG 001BH LJMP MTSPEEDINT ORG 0030HMAIN: MOV SP,#30H MOV SPEED,#MINSPD CLR STARTSTOP CLR ZFZ MOV TMOD,#11H MOV TH0,#0A8H MOV TL0,#0F0H MOV TH1,#0FFH MOV TL1,#0FFH SETB TR0 SETB EA SETB ET0

17、SETB ET1 MOV P2,#0FH MOV 76H,#0 MAIN1: ACALL SCANKEY JZ GONEXT1 ACALL DELAY10MS ACALL SCANKEY JZ GONEXT1 ACALL READKEY GONEXT1: MOV A,SPEED MOV B,#10 DIV AB MOV displaybuf,B ;送顯示緩沖 MOV displaybuf+1,A MOV displaybuf+2,#10 MOV displaybuf+3,#11 JB STARTSTOP,GONEXT2 CLR TR1;關(guān)閉電機(jī) ;ANL P2,#0FH AJMP MAIN1G

18、ONEXT2: SETB TR1 ;開啟電機(jī) AJMP MAIN1DISPLAYINT: ;顯示 PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#0A8H MOV TL0,#0F0H MOV R0,#DISPLAYBUF MOV 75H,#0F7H PLAY: MOV A,75H MOV P2,A MOV A,R0 MOV DPTR,#DISPTAB MOVC A,A+DPTR MOV P0,A ACALL DELAY1MS INC R0 MOV A,75H JNB ACC.0,OUT2 RR A MOV 75H,A AJMP PLAY OUT2: POP PSW POP ACC OUT

19、PLAY:RETIMTSPEEDINT: ;電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié) PUSH ACC PUSH PSW MOV A,SPEED SUBB A,#MINSPD MOV DPTR ,#MTH MOVC A,A+DPTR MOV TH1,A MOV A,SPEED SUBB A,#MINSPD MOV DPTR ,#MTL MOVC A,A+DPTR MOV TL1,A JB ZFZ ,Z1 MOV DPTR,#TAB2 JMP Z2 Z1: MOV DPTR,#TAB1 Z2: MOV A,76H MOVC A,A+DPTR MOV P2,A INC 76H MOV A,76H CJNE A,#04H,O

20、UT1 MOV 76H,#0 OUT1: POP PSW POP ACC MTSOUT: RETI DELAY1MS:MOV 6CH,#2 ;1毫秒延時(shí)程序 DL:MOV 6BH,#250 DJNZ 6BH,$ DJNZ 6CH,DL RET DELAY10MS:MOV R6,#20 ;10毫秒延時(shí)程序 D1:MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET SCANKEY: MOV P1,#0C7H ;鍵掃描程序 MOV A,P1 CJNE A,#0C7H,DOA CLR A SJMP OUTSCAN DOA:MOV A,#0FFH OUTSCAN:RETREADKE

21、Y: ;讀鍵程序 MOV P1,#0C7H L1: JB P1.0,L2 MOV HHH,#01H LJMP GOTOV L2: JB P1.1,L3 MOV HHH,#04H LJMP GOTOV L3: ;JB P1.2,GOTOV MOV HHH,#07H GOTOV: MOV P1,#0F8H C1: JB P1.3,C2 MOV VVV,#02H LJMP DOCALCU C2: JB P1.4,C3 MOV VVV,#01H LJMP DOCALCU C3: ;JB P1.5,DOCALCU MOV VVV,#00H DOCALCU: WAITKEYR: ACALL SCANKEY ;等待鍵釋放 JNZ WAITKEYR MOV A,HHH MOV B,VVV ADD A,B CJNE A,#01H,FANGXIANG ;啟停 CPL STARTSTOP AJMP RDKEYOUT FANGXIANG:CJNE A,#02H,U