步进电机驱动的实现方法

仪表技术与传感器

InstrumentTechniqueandSensor2004　No111　步进电机驱动的实现方法

周忠辉

(宁波机械工业学校,浙江宁波　315010)

　　摘要:随着工业自动化的发展,步进电机的应用越来越广泛,步进电机是一种用于开环控制的驱动元件。阐述了步进电机的工作原理和特性,提出了基于单片机控制的步进电机驱动实现方法及软硬件

设计方法。

关键词:步进电机;脉冲;驱动;分配器中图分类号:TM383　　文献标识码:A　　文章编号:1002-1841(2004)11-0061-02

WaytoDriveStepperMotor

ZHOUZhong2hui

(NingboSchoolofmechanicalIndustry,Ningbo315010,China)

Abstract:Withthedevelopmentoftheindustryautomation,thesteppermotorhasadeeperuse.Steppermotorisakindofdriveactuatorinapplicationofopen2loopcontrolsystems.Introducedtheworkingprincipleandthepeculiaritiesofthesteppermotor,andpre2sentedatypicalmethodofdrivingsteppermotoronthebasisofsingle2chipmicrocomputercontrolandthedesigningmethodofthehard2wareandsoftware.

KeyWords:StepperMotor;Pulse;Drive;DistributorGovernor

1　引言

器和功率放大器3部分,如图1所示。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的机电执行元件。每外加一个控制脉冲,电机就运行一步,故称为步进电机或脉冲马达。通俗一点讲:当步进电机接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差(精度为100%)的特点,广泛应用于各种开环控制。2　步进电机的特点

步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点,因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。与其他驱动元件相比,有明显优点:通常不需要反馈就能对位移或速度进行精确控制;输出的转角或位移精度高,误差不会积累;控制系统结构简单,与数字设备兼容,价格便宜。因此,虽然直流电机伺服系统、交流电机伺服系统在计算机控制系统中被普遍地使用,但步进电机仍广泛用于简易数控机床、送料机构、仪器、仪表等领域。3　步进电机驱动方法及软硬件实现

步进电机驱动的组成包括变频信号源、脉冲分配

图1　步进电机驱动的组成框图

3.1　变频信号源

变频信号源是一个脉冲频率能由几Hz到几十kHz连续变化的脉冲信号发生器,常见的有多谐振荡

器和单结晶体器构成的弛张振荡器,它们都是通过调节R和C的大小,以改变充放电的时间常数,得到各种频率的脉冲信号。3.2　脉冲分配器

脉冲分配器又称环形分配器,它根据运行指令按一定的逻辑关系分配脉冲,通过功率放大器加到步进电机的各相绕组,使步进电机按一定的方式运行,并实现正反转控制和定位。脉冲分配器的功能可以用硬件来实现,也可以用软件来实现。

首先采用MCS8051单片机来驱动步进电机,并要求程序简单输出4位稳定而有序的1和0到一个锁存口上,锁存口的4个引脚连接到4个晶体管的基极,步进电机的4个线圈连接到相应晶体管的集电极,晶体管的发射极接地,单个线圈的连接如图2。每个线圈从电源中得到适当的直流电压,由单片机输出0和1的组合代码到晶体管的基极,基极为1时,连接到晶体管上的线圈中有电流流过,基极为0时,则无电流通过。在锁存口上的1和0的分布时序产生步进电机4个线圈通电、断电的适当时序,从而产生精确的转动步矩,它的速

收稿日期:2004-07-20　　收修改稿日期:2004-08-08

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率由01方式分配变化的时间延时来确定。

图2　步进电机连接图

3.3　软件设计

编程采用查表法来实现,首先将步进电机通电方

式运行逻辑数据列成表格,存入计算机指定内存,并设置数据指针,指针自动向下移动或向上移动一组数据,使步进电机按规定的通电励磁方式运行。步进电机通电方式数据表格如表1。

表1　通电方式数据

逆转

STEP1234P10Q30110P11Q20011P12Q11001P13Q01100STEP1234P10Q30110正转

P11Q21001P12Q10011P13Q011004　结束语

步进电机驱动系统,在当今信息社会日趋重要,电脑外围的一些装置更是不可缺少,如磁盘机、打印机、绘图机等,又如CNC机,机械人,仪器、仪表等各种信息工业产品中,都以步进电机作为其传动的重心。

参　考　文　献

[1]　吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用.北京:学苑出版

　　程序流程图如图3所示。

3.4　功率放大器

功率放大器又称驱动电路,其作用是将脉冲发生器的输出脉冲进行功率放大,给步进电机相绕组提供足够的电流,驱动步进电机正常工作。对功率放大器的要求包括:能提供足够的幅值;前后沿较陡的励磁电流;功耗小,效率高;运行稳定可靠,便于维修而且成本低。

(上接第60页)计工作移到计算机上完成,可省去每

社,1993.

[2]　陈宝江,翟涌,张幽彤,等.MCS单片机应用系统实用指南.北京:

机械工业出版社,1997.

[3]　钟约先,林亨.机械系统计算机控制.北京:清华大学出版社,

2001.

下期要目预告

3光纤电压传感器传感头的设计3互补偿型光纤双向应变———位移点式传感器3薄膜工艺制备乳酸传感器

3PTCR欧姆接触电极制备方法现状

3一种集成便携式盐浓度快速检测仪3一种基于PC/104的柴油机快速检测仪3用于挡水闸门的智能型明渠流量计的研制3基于虚拟仪器的测量分析系统

3基于虚拟仪器技术的光栅位移测量系统3基于PLC自由口通信的应用3扫频谐振式电磁波浓度计的研究

3基于TINI的嵌入式数字图像采集系统3基于ATC51的温度采集控制系统设计3PROFIBUS现场总线智能从站通信协议研究3VXI总线模块的中断研究

一次参数配置的实现以及传感器性能的繁琐测试工作;

表1　仿真结果

参数传感器处理前传感器处理后

响应时间/s

5147411473

超调量/%

44123127

注:输入为阶跃信号;允许相对误差|r|≤5%

其仿真功能可以直接对参数的配置效果进行仿真,以图形输出、便于评价,所以这种方法可以有效地指导

传感器设计。

参　考　文　献

[1]　黄俊钦.静、动态数学模型的使用建模方法.北京:机械工业出版

社.

[2]　徐科军.传感器动态特性的实用研究方法.合肥:中国科学技术大

学出版社,1999.

[3]　马兴义,杨立群.Matlab6应用开发指南.

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