電機(jī)控制接口與驅(qū)動(dòng)電路分析

電機(jī)控制接口與驅(qū)動(dòng)電路分析2012年春

第一頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

一、步進(jìn)電機(jī)概述1、什么是步進(jìn)電機(jī)？步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)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。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。由于脈沖信號(hào)數(shù)與步距角的線性關(guān)系，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。第二頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

2、分類現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。感應(yīng)子式電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。第三頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

3、基本原理通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。第四頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊。同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。第五頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。第六頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，依次D、C、B、A四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著D、C、B、A方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。

第七頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

4、工作方式四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為：?jiǎn)嗡呐碾p四拍八拍三種工作方式。第八頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

單四拍雙四拍八拍勵(lì)磁序列ABCD勵(lì)磁序列ABCD勵(lì)磁序列ABCD100011001000010001101100001000110100000110010110100011000010010001100011001000110001000110011001 單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。第九頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

單四拍雙四拍八拍第十頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

單四拍雙四拍八拍勵(lì)磁序列ABCD勵(lì)磁序列ABCD勵(lì)磁序列ABCD100011001000010001101100001000110100000110010110100011000010010001100011001000110001000110011001勵(lì)磁序列定義：ucharcodestep_code_forward[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};第十一頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

二、電機(jī)驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管達(dá)林頓管又稱復(fù)合管。它將二只三極管適當(dāng)?shù)倪B接在一起，以組成一只等效的新的三極管。這等效于三極管的放大倍數(shù)是二者之積。在電子學(xué)電路設(shè)計(jì)中，達(dá)林頓接法常用于功率放大器和穩(wěn)壓電源中。達(dá)林頓電路有四種接法：NPN+NPNPNP+PNPNPN+PNPPNP+NPN前二種是同極性接法，后二種是異極性接法。第十二頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

ULN2003A500-mA-RatedCollectorCurrent(SingleOutput)High-VoltageOutputs...50VOutputClampDiodesInputsCompatibleWithVariousTypesofLogicRelay-DriverApplications第十三頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

Description/orderinginformationTheULN2001A,ULN2002A,ULN2003A,ULN2004A,ULQ2003A,andULQ2004Aarehigh-voltage,high-currentDarlingtontransistorarrays.EachconsistsofsevenNPNDarlingtonpairsthatfeaturehigh-voltageoutputswithcommon-cathodeclampdiodesforswitchinginductiveloads.Thecollector-currentratingofasingleDarlingtonpairis500mA.TheDarlingtonpairscanbeparalleledforhighercurrentcapability.Applicationsincluderelaydrivers,hammerdrivers,lampdrivers,displaydrivers(LEDandgasdischarge),linedrivers,andlogicbuffers.For100-V(otherwiseinterchangeable)versionsoftheULN2003AandULN2004A,seetheSN75468andSN75469,respectively.第十四頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

L298N功能表ENAIn1In2運(yùn)行狀態(tài)0××停止110正傳101反轉(zhuǎn)111剎停100停止電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片——L298第十五頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

L298典型應(yīng)用電路單片機(jī)控制第十六頁(yè)，共十九頁(yè)，2022年，8月28日2012年春

三、控制流程voidStep_Motor_Forward(ucharn){uchari,j;for(i=0;i<5*n;i++){ for(j=0;j<8;j++) {if(K3==0) break; P1=step_code_forward[j];