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1、 微控制器系统设计与应用微控制器系统设计与应用徐州建筑职业技术学院 刘燎原刘燎原 信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院直流电机直流电机步进电机步进电机电机模块电机模块PROTEUS仿真仿真PROTEUS仿真仿真徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院 情境六情境六 电机电机 项目一 步进电机（1）-学习步进电机徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院u在工
2、业控制系统中，通常要控制机械部件的平移和转动，在工业控制系统中，通常要控制机械部件的平移和转动，这些机械部件的驱动大部分都采用交流电机、直流电机、这些机械部件的驱动大部分都采用交流电机、直流电机、步进电机。在这三种电机中，步进电机最适合数字控制，步进电机。在这三种电机中，步进电机最适合数字控制，因此在数控机床、家用电器、精密仪器中得到广泛应用。因此在数控机床、家用电器、精密仪器中得到广泛应用。徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院一、概述一、概述u一般电机（直流电机）都是连续运转的，而步
3、进电机却一般电机（直流电机）都是连续运转的，而步进电机却是一步一步地转动，故称之为步进电机。是一步一步地转动，故称之为步进电机。u每当步进电机的驱动器接收到一个驱动脉冲后，步进电每当步进电机的驱动器接收到一个驱动脉冲后，步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度。机将会按照设定的方向转动一个固定的角度。u所以说步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机所以说步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。构。u可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确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；定位的目的；u可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，可以通过控制脉
4、冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达调速的目的。从而达调速的目的。u因此在需要准确定位或调速控制时均可考虑使用步进电因此在需要准确定位或调速控制时均可考虑使用步进电机。机。u步进电机的这些特性非常适合单片机控制，控制信号由步进电机的这些特性非常适合单片机控制，控制信号由单片机产生，步进电机则根据控制信号来动作。单片机产生，步进电机则根据控制信号来动作。徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院u二、步进电机的工作原理二、步进电机的工作原理步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、
5、滚珠轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院步进电机按相数（线圈个数）分为单相、双相、多相，以3相为例。定子的通电方式定子的通电方式定子的通电方式定子的通电方式 称为励磁方式。1.1相励磁方式A相通电；B相通电；C相通电；当脉冲一个一个发来时，如果按A-B-C-A.的顺序通电，则电机转子便按逆时针转动，这种通电方式成为1相励磁方式。如果按A-C-BA.的顺序通电，则电机转子便按逆时针转动2.2相励磁方式 顺时针轮回顺时针轮回顺时针轮回顺时针轮
6、回 AB ABBCBCCACAABAB 逆时针轮回逆时针轮回逆时针轮回逆时针轮回 BA BAACACCBCBBABA徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院3.1-2相励磁方式当脉冲一个一个发来时，如果按A-A、B-B-B、C-C-C、A-.的顺序通电，则电机转子便按顺时针转动，这种通电方式成为1-2相励磁方式。顺时针轮回顺时针轮回顺时针轮回顺时针轮回 A AABABBBBCBCC CCACAAA逆时针轮回逆时针轮回逆时针轮回逆时针轮回 A AACACC CCBCBBBBABAAA徐州建筑
7、职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院三三.步进电动机主要参数1.步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有两相、三相、五相步进电机。2.拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数，用m表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。3.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。4.电压：5VDC,12VDC5.减速比：减速电机。内部转子/外部转轴 例如减速比为1/64，是指内部转子转64圈，外部转1圈。例如上图为28BYJ48型5线四相八拍步进电机徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐
8、州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院u5线四相八拍，相序表如下：线四相八拍，相序表如下：P1.3210拍数拍数 DCBA（脉冲）（脉冲）p1对应值对应值 1 0001 01 2 0011 03 3 0010 02 4 0110 06 5 0100 04 6 1100 0C 7 1000 08 8 1001 09 5线：线：5根线，根线，1根（红色）为电源线，其他根（红色）为电源线，其他4根分别为，和单片机的根分别为，和单片机的I/O口相连口相连每给一个脉冲，电机内部的转子转一个角度（每给一个脉冲，电机内部的转子转一个角度（步距
9、角5.625），当给），当给8个脉冲，个脉冲，电机内部转子转一齿距（电机内部转子转一齿距（8*5.625=45）。）。如果内部转子要转一圈，需要转如果内部转子要转一圈，需要转360/45=8个齿距。个齿距。正转反转徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院uUnsigned char code zz=01,03,02,06,04,c0,80,90uUnsigned char code fz=90,80,c0,04,06,02,03,01.for(i=0;i8;i+)for(j=0;j8;j+
10、)P1=zzj;delay();内部转子转1圈徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院u四、步进电机的驱动四、步进电机的驱动u步进驱动器：是一种能使步进电机运转的功率放大器，能把控制器发来的脉冲信号转化为步进电机的角位移，电机的转速与脉冲频率成正比，所以控制脉冲频率可以精确调速，控制脉冲数就可以精确定位。徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院uULN2003：反相驱动芯片，高压大电流
11、达林顿晶体管阵列系列产：反相驱动芯片，高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品品,具有电流增益高（大于具有电流增益高（大于1000）、工作电压高（大于）、工作电压高（大于50V）、温度范围宽、带负载能力强（输出电流大于温度范围宽、带负载能力强（输出电流大于500mA）等特点）等特点,适应适应于各类要求高速大功率驱动的系统。主要用于如下领域：伺服电机于各类要求高速大功率驱动的系统。主要用于如下领域：伺服电机;步进电机步进电机;电磁阀电磁阀;可控照明灯。可控照明灯。二极管起断电后放电保护作用徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院信息电子信息电子信息电子信息电子 工程学院工程学院工程学院工程学院u例：通过按键，控制电机的正转、反转、停止例：通过按键，控制电机的正转、反转、停止徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院徐州建筑职业技术学院