步進電機控制系統(tǒng)原理第1頁，共33頁。（優(yōu)選）步進電機控制系統(tǒng)原理第2頁，共33頁。步進電機有如下特點：給步進脈沖電機就轉(zhuǎn)，不給步進脈沖電機就不轉(zhuǎn)；步進脈沖頻率高，步進電機轉(zhuǎn)得快；步進脈沖頻率低，步進電機轉(zhuǎn)得就慢；改變各相的通電方式（叫脈沖分配）可以改變步進電機的運行方式；改變通電順序，可以控制步進電機的正、反轉(zhuǎn)。第3頁，共33頁。2、步進電機控制系統(tǒng)原理圖2、步進電機控制系統(tǒng)的組成第4頁，共33頁。2、步進電機控制系統(tǒng)原理1）步進控制器

①包括：緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及正、反轉(zhuǎn)向控制門等。②作用:把輸入脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖，以控制步進電機的轉(zhuǎn)向。2）功率放大器

把環(huán)型脈沖放大，以驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。第5頁，共33頁。步進電機與MCS-51單片機的接口

步進電機與單片機的連接一般有兩種形式：

一、由硬件完成脈沖分配的功能

二、由軟件完成脈沖分配工作第6頁，共33頁。2、步進電機控制系統(tǒng)原理圖3、用微型機控制步進電機原理第7頁，共33頁。一、由硬件完成脈沖分配的功能

在這種形式里，脈沖分配器（CH250）、驅(qū)動電路由硬件完成。單片機只提供步進脈沖和正、反轉(zhuǎn)控制信號，步進脈沖的產(chǎn)生與停止、步進脈沖的頻率和個數(shù)都可用軟件控制。

第8頁，共33頁。脈沖分配器中由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號按一定的邏輯關系加在脈沖放大器上，使步進電動機按確定的運行方式工作。下面著重介紹CH250環(huán)形脈沖分配器。CH250環(huán)形脈沖分配器是三相步進電動機的理想脈沖分配器，通過其控制端的不同接法可以組成三相雙三拍和三相六拍的不同工作方式，如圖7、圖8所示。圖7CH250三相雙三拍接法

圖8CH250三相六拍接法

第9頁，共33頁。CH250環(huán)形脈沖分配器的功能關系如表1所列第10頁，共33頁。討論：單片機輸出步進脈沖后，再由脈沖分配電路按事先確定的順序控制各相的通斷。一般來說，硬件一旦確定下來，不易更改，這種方案，硬設備成本高，它的應用受到了限制。

怎樣用軟件產(chǎn)生步進脈沖呢？所謂軟件產(chǎn)生就是用軟件控制P3．0為1或為0的次序和長短。如果先令P3．0=1，延時一段時間，再令P3.0＝0，再延時一段時間后，又令P3．0=1，如此循環(huán)，就可構(gòu)成脈沖序列。延時時間的長短決定了脈沖序列的周期，而脈沖序列的周期又與步進電機的步矩有關。第11頁，共33頁。用微型機代替了步進控制器把并行二進制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。只要負載是在步進電機允許的范圍之內(nèi)，每個脈沖將使電機轉(zhuǎn)動一個固定的步距角度。根據(jù)步距角的大小及實際走的步數(shù)，只要知道初始位置，便可知道步進電機的最終位置。

特點：由軟件完成脈沖分配工作，不僅使線路簡化，成本下降，而且可根據(jù)應用系統(tǒng)的需要，靈活地改變步進電機的控制方案。二、由軟件完成脈沖分配工作第12頁，共33頁。2、步進電機控制系統(tǒng)原理主要解決如下幾個問題：

(1)用軟件的方法實現(xiàn)脈沖序列；

(2)步進電機的方向控制；

(3)步進電機控制程序的設計。第13頁，共33頁。2、步進電機控制系統(tǒng)原理

1．脈沖序列的生成圖4脈沖序列第14頁，共33頁。2、步進電機控制系統(tǒng)原理★脈沖幅值由數(shù)字元件電平?jīng)Q定。

TTL0～

5VCMOS0～

10V★接通和斷開時間可用延時的辦法控制。要求：確保步進到位。第15頁，共33頁。

2．方向控制

步進電機旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序相關。三相步進電機有三種工作方式：

★單三拍，通電順序為A

B

C；★雙三拍，通電順序為AB

BC

CA；★三相六拍，通電順序為

A

AB

B

BC

CCA；2、步進電機控制系統(tǒng)原理

改變通電順序可以改變步進電機的轉(zhuǎn)向

第16頁，共33頁。2、步進電機控制系統(tǒng)原理3.步進電機通電模型的建立：（1）用微型機輸出接口的每一位控制一相繞組，

【例如】用8255控制三相步進電機時，可用PC.O、PC.1、PC.2分別接至步進電機的

A、B、C三相繞組。（2）根據(jù)所選定的步進電機及控制方式，寫出相應控制方式的數(shù)學模型。

上面講的三種控制方式的數(shù)學模型分別為：第17頁，共33頁。2、步進電機控制系統(tǒng)原理

★三相單三拍步序控制位工作狀態(tài)控制模型PC.7PC.6PC.5PC.4PC.3PC.2C相PC.1B相PC.0A相100000001A01H200000010B02H300000100C04H第18頁，共33頁。2、步進電機控制系統(tǒng)原理★三相雙三拍用P1口的P1.2、P1.1、P1.0對應C、B、A相進行控制。第19頁，共33頁。2、步進電機控制系統(tǒng)原理★同理，可以得出雙三拍和三相六拍的控制模型：雙三拍03H，06H，05H★三相六拍01H，03H，02H，06H，04H，05H

以上為步進電機正轉(zhuǎn)時的控制順序及數(shù)學模型，如按逆序進行控制，步進電機將向相反方向轉(zhuǎn)動。第20頁，共33頁。3、步進電機與微型機的接口及程序設計4.步進電機與微型機的接口電路（1）由于步進電機的驅(qū)動電流較大，所以微型機與步進電機的連接都需要專門的接口及驅(qū)動電路。接口電路可以是鎖存器，也可以是可編程接口芯片，如8255、8155等。驅(qū)動器可用大功率復合管，也可以是專門的驅(qū)動器。光電隔離器，一是抗干擾，二是電隔離，第21頁，共33頁。3、步進電機與微型機的接口及程序設計圖5步進電機與微型機接口電路之一100100100第22頁，共33頁。3、步進電機與微型機的接口及程序設計

總之，只要按一定的順序改變P1.0～P1.2三位通電的狀況，即可控制步進電機依選定的方向步進。第23頁，共33頁。3、步進電機與微型機的接口及程序設計

由于步進電機運行時功率較大，可在微型機與驅(qū)動器之間增加一級光電隔離器，以防強功率的干擾信號反串進主控系統(tǒng)。如圖所示。為什么步進電機功率驅(qū)動電路采用光電隔離？

步進電機功率驅(qū)動電路工作在較大脈沖電流狀態(tài)，采用光電耦合器將單片機與步機電機隔離可以避免單片機與步進電機功率回路的共地干擾，此外，萬一驅(qū)動電路發(fā)生故障。也不致讓功放中較高的電壓串入單片機而使其損壞。第24頁，共33頁。3、步進電機與微型機的接口及程序設計圖6步進電機與微型機接口電路之二001011100第25頁，共33頁。3、步進電機與微型機的接口及程序設計2.步進電機程序設計(1)步進電機程序設計的主要任務是：★判斷旋轉(zhuǎn)方向；★按順序傳送控制脈沖；★判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。（2）程序框圖

下面以三相雙三拍為例說明這類程序的設計.第26頁，共33頁。圖7三相雙三拍步進電機控制程序流程圖第27頁，共33頁。3、步進電機與微型機的接口及程序設計 ORG 0100H ROUNT1：MOV A，#N ；步進電機步數(shù)→A JNB 00H，LOOP2 ；反向，轉(zhuǎn)LOOP2 LOOP1：MOV P1，#03H ；正向，輸出第一拍

ACALL DELAY ；延時

DEC A ；A＝0，轉(zhuǎn)DONE JZ DONE MOV P1，06H ；輸出第二拍

ACALL DELAY ；延時

DEC A ；A＝0，轉(zhuǎn)DONE JZ DONE MOV P1，05H ；輸出第三拍

ACALL DELAY ；延時

DEC A ；A≠0，轉(zhuǎn)LOOP1 JNZ LOOP1

（3）程序根據(jù)圖4-46可寫出如下步進電機控制程序第28頁，共33頁。3、步進電機與微型機的接口及程序設計AJMPDONE ；A＝0，轉(zhuǎn)DONELOOP2：

MOV P1，03H ；反向，輸出第一拍

ACALLDELAY；延時DECA；A＝0，轉(zhuǎn)DONJZ DONE MOVP1，05H ；輸出第二拍

ACALLDELAY ；延時

DEC A JZ DONE ；

MOV P1，06H ；輸出第三拍

ACALLDELAY ；延時

DEC A ；A≠0，轉(zhuǎn)LOOP2 JNZ LOOP2DONE：

RETDELAY：

第29頁，共33頁。3、步進電機與微型機的接口及程序設計

對于節(jié)拍比較多的控制程序，