基于單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_圖文

1、基于單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)魏守山, 莫以為, 黃云奇 (廣西大學(xué), 530004摘要:本文介紹了步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)及其專用芯片TA 8435H 的特點(diǎn), 提出了采用TA 8435H 控制步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)方案。方案硬件電路簡(jiǎn)單, 軟件編程方便, 抗干擾和控制功能增強(qiáng)。實(shí)踐表明, 系統(tǒng)性能優(yōu)于傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制器, 而且性價(jià)比較高。關(guān)鍵詞:步進(jìn)電機(jī); S TC89C52單片機(jī); TA 8435H; 細(xì)分驅(qū)動(dòng)中圖分類號(hào):T P368. 1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1004-0420(2008 01-0043-02The design of control system of s

2、teppi ng motor based onSTC 89C 52chi p m icroco mputer and TA 8435H dri ver chi pW E I Shou shan , MO Y i w e, i HUANG Yun qi(GuangxiU niversity , 530004Ab stract :T he dev elopment current s i tuati on and trend o f stepping m o t o r and t he character i stics o f TA 8435H are i ntro duced i n th

3、i s paper . It brought for w ard t he design plan o f contro l stepp i ng m otor bas i ng on TA 8435H. There are so m e m er it , such as fac ilitated stepp i ng m oto r control secti on , the so ft wa re desi gning mo re si m p l e , strong an ti i nterference and contro lfunction . The practice sh

4、ow ed t hat the perfor m ance of this syste m outdid the traditiona l steppi ng m otor contro ller and h i ghe rfunction and price com pare .K ey w ords :steppi ng mo t o r ; S TC89C52ch i p m icro computer ; TA 8435H; d i v i ded dr i ve0 引言 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是數(shù)字控制電動(dòng)機(jī), 它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰? 因此非常適合單片機(jī)控制, 在非超載的情況下, 電機(jī)的轉(zhuǎn)

5、速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù), 而不受負(fù)載變化的影響, 同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的無(wú)累積誤差, 精度高。由于步進(jìn)電機(jī)的眾多優(yōu)點(diǎn), 所以其應(yīng)用越來(lái)越廣泛, 控制驅(qū)動(dòng)要求越來(lái)越高。由硬件實(shí)現(xiàn)控制發(fā)展到單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制, 近幾年大量采用專用驅(qū)動(dòng)芯片, 大大縮小了驅(qū)動(dòng)器的體積, 提高了整機(jī)的性能。降低了生產(chǎn)成本1。TA8435H 是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片, 其采用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式。具有工作電壓范圍寬、可供選擇整步、半步、1/4細(xì)分、1/8細(xì)分運(yùn)行方式及實(shí)現(xiàn)正/反轉(zhuǎn)控制功能等優(yōu)點(diǎn)2。下面就給出該芯片控制步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)方案。1 硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框圖如圖

6、1所示。圖1 系統(tǒng)總體框圖1 1 單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)產(chǎn)生控制信號(hào)。本芯片內(nèi)部RAM 和ROM 能滿足本設(shè)計(jì)的要求。步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)通過STC89C52單片機(jī)的P1 0P1 5輸出的具有時(shí)序的方波經(jīng)光電耦合器傳至TA8435H 芯片的C K 1、C K 2、C W /CCW 、M 1、M 2和REF I N , 然后再由其控制步進(jìn)電機(jī)。電路圖如圖2所示。關(guān)于TA8435H 驅(qū)動(dòng)芯片部分引腳功能及設(shè)計(jì)說明:引腳M 1、M 2決定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方式, 此處工作在1/8模式(M1、M 2接高電平, 減小低速時(shí)的振動(dòng), C W /CC W 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng), CK 1、

7、CK 2時(shí)鐘輸入的最大頻率不能超過5k H z , 控制時(shí)鐘的頻率即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速率。REF I N 決定NFA 和NFB 的輸出電壓:當(dāng)取值為1時(shí), 輸出0 8V, 當(dāng)取值為0時(shí), 輸出0 5V 。這兩 圖2 控制電路圖個(gè)引腳控制步進(jìn)電機(jī)輸入電流, 電流大小與NF 端外接電阻關(guān)系式為:I o =V r ef /R nf 即R n f =V ref /I o 。本設(shè)計(jì)選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)是57BYGA102。其額定電流是1 5A 。取REF I N =1, 即V r ef =0 8V 。由公式計(jì)算R nf =0 5333 , 實(shí)際選用0 5 的電阻。步進(jìn)電機(jī)按二相雙極性使用。四相按二相使用時(shí)

8、可以提高步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩, RF307快恢復(fù)二極管用來(lái)泄放繞組電流。1 2 電源由于系統(tǒng)中需要弱電和強(qiáng)電兩種電源。這里用USB 接口提供5V 弱電源, 用穩(wěn)壓電源提供10V 40V 強(qiáng)電源, 兩電源不共地。低壓電源為單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片供電, 穩(wěn)壓電源為步進(jìn)電機(jī)供電。2 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件程序主要功能模塊有鍵盤的識(shí)別處理、數(shù)碼管的顯示和控制信號(hào)產(chǎn)生模塊。其中控制信號(hào)產(chǎn)生模塊主要任務(wù)是控制步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)、按順序發(fā)出控制命令、控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。為減小低速時(shí)的振動(dòng)采用1/8細(xì)分模式, 利用定時(shí)器向TA8435H 輸出單脈沖控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速程序如下:#i nclude ! reg51. h sbi

9、t REF I N =P13; sbitM 2=P15; sbitM 1=P14; sbit C W =P10; sbit CLK 2=P12; sbit CLK 1=P11;vo i d ti m e r(void i nterrupt 3CLK 2=! CLK 2; TH 0=0xe; f TL0=0x f; f vo i d m a i n(vo i d TMOD =0x00; EA =1; ET 1=1; TR1=1; REF I N =1; M 2=1; M 1=1; CLK 1=1; C W =1; W h ile(1; 3 可靠性設(shè)計(jì)3 1 光電隔離技術(shù)為有效地抑制干擾, 提高系

10、統(tǒng)工作的可靠性, 采用6N137光電隔離器件, 其優(yōu)點(diǎn)有:a . 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片之間電平的轉(zhuǎn)換;b . 實(shí)現(xiàn)兩者之間信號(hào)的隔離, 防止產(chǎn)生干擾和保護(hù)作用。3 2 濾波技術(shù)在低電源(+5V 輸入端接C 3電容濾掉噪聲中的高頻干擾; V BB 接C 2和C 1電容, 前者功能(下轉(zhuǎn)47頁(yè)數(shù), 否則起動(dòng)T 0后再對(duì)PLG 進(jìn)行計(jì)數(shù)。如圖6 所示。3 4 T 0中斷服務(wù)程序在外部中斷服務(wù)程序中, 當(dāng)T 0定時(shí)時(shí)間到了以后, 就進(jìn)入此程序。具體流程如圖7所示。3 5 I NT 1服務(wù)程序在T 0服務(wù)程序中, 當(dāng)I N T 1端子接受下降沿時(shí)就進(jìn)入此程序。關(guān)掉外部中斷1, 并且使定時(shí)器1停止計(jì)數(shù),

11、保存計(jì)數(shù)值。如圖8所示。4 結(jié)論本系統(tǒng)用單片機(jī)作為直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制核心, 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 運(yùn)行可靠, 調(diào)節(jié)范圍寬, 電流連續(xù)性好, 響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。采用比例積分(P I 調(diào)節(jié)器算法, 有效地抑制轉(zhuǎn)速超調(diào), 效率高, 具有廣泛的實(shí)用 價(jià)值。參考文獻(xiàn):1 付家才. 單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2004.2 李伯成. 基于M CS-51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)M .北京:電子工業(yè)出版社, 2004.3 張 深. 直流無(wú)刷電機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1996.4 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ). 數(shù)字部分(第四版 M .北京:高等教育出版社, 2000. 收稿日期:2

12、007-11-06作者簡(jiǎn)介:楊 靖(1958-, 男, 助理實(shí)驗(yàn)師, 主要從事交直流電機(jī)的控制技術(shù)。(上接44頁(yè)同上, 后者起濾掉噪聲中的低頻干擾的作用。4 結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)采用單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片組合設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制電路, 實(shí)踐表明, 控制效果較好。該控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單, 結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、運(yùn)行可靠、設(shè)計(jì)方便; 因使用專用驅(qū)動(dòng)芯片, 編制軟件比較簡(jiǎn)單。TA8435H 為脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式的芯片, 所以其具有同頻P WM 驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn):運(yùn)行頻率高, 輸出轉(zhuǎn)矩大, 并能消除電磁噪聲等。較好地解決了高低頻運(yùn)行時(shí)的一些問題。本控制器可以與反饋檢測(cè)環(huán)節(jié)連接, 組成閉環(huán)控制系統(tǒng)用于精度和穩(wěn)定性要求較高的控制系統(tǒng)中。參考文獻(xiàn):1 周明安, 朱光忠, 宋曉華, 等. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀J.機(jī)電工程技術(shù), 2005, 34(2.2 東芝公司數(shù)據(jù)資料Z.TA 8435H. PDF. 2001.3 劉 升. 二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片TA 8435H 及其應(yīng)用J.新特器件應(yīng)用.4 李忠杰, 寧守信. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1988.5 劉國(guó)永, 陳杰平. 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.安徽技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2002, 16