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1、电机控制接口与驱动电路分析20122012年春年春 第1页，本讲稿共19页20122012年春年春 一、步进电机概述n1、什么是步进电机？n步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。u当步进驱动器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，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。u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。u由于脉冲信号数与步距角的线性关系，
2、加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。第2页，本讲稿共19页20122012年春年春 n2、分类 u现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步
3、进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。第3页，本讲稿共19页20122012年春年春 n3、基本原理u通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。u它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。u改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。第4页，本讲稿共19页20122012年春年春 n开始时，开关SB接
4、通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐。n同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。第5页，本讲稿共19页20122012年春年春 n当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。n而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。第6页，本讲稿共19页20122012年春年春 n依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。n反之，依次D、C、B、A四相绕组轮流供电，则转子会
5、沿着D、C、B、A方向转动。电机转子的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。第7页，本讲稿共19页20122012年春年春 n4、工作方式u四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为：单四拍双四拍八拍三种工作方式。第8页，本讲稿共19页20122012年春年春 单四拍单四拍双四拍双四拍八拍八拍励励磁磁序序列列ABCD励励磁磁序序列列ABCD励励磁磁序序列列ABCD100011001000010001101100001000110100000110010110100011000010010001100011001000110001000110011001单四拍与双
6、四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。第9页，本讲稿共19页20122012年春年春 单四拍 双四拍 八拍 第10页，本讲稿共19页20122012年春年春 单四拍单四拍双四拍双四拍八拍八拍励励磁磁序序列列ABCD励励磁磁序序列列ABCD励励磁磁序序列列ABCD100011001000010001101100001000110100000110010110100011000010010001100011001000110001000110011001励磁序列定义：励磁序列定义：uchar
7、 code step_code_forward8=0 x01,0 x03,0 x02,0 x06,0 x04,0 x0c,0 x08,0 x09;第11页，本讲稿共19页20122012年春年春 二、电机驱动n达林顿管达林顿管u达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接在一起，以组成一只等效的新的三极管。这等效于三极管的放大倍数是二者之积。在电子学电路设计中，达林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中。达林顿电路有四种接法：NPN+NPNPNP+PNPNPN+PNPPNP+NPN前二种是同极性接法，后二种是异极性接法。第12页，本讲稿共19页20122012年春年春 nULN2003Au500-
8、mA-Rated Collector Current u(Single Output)uHigh-Voltage Outputs.50 VuOutput Clamp DiodesuInputs Compatible With Various Types ofuLogicuRelay-Driver Applications第13页，本讲稿共19页20122012年春年春 nDescription/ordering information uThe ULN2001A,ULN2002A,ULN2003A,ULN2004A,ULQ2003A,and ULQ2004A are high-voltage,
9、high-current Darlington transistor arrays.Each consists of seven NPN Darlington pairs that feature high-voltage outputs with common-cathode clamp diodes for switching inductive loads.The collector-current rating of a single Darlington pair is 500 mA.The Darlington pairs can be paralleled for higher
10、current capability.Applications include relay drivers,hammer drivers,lamp drivers,display drivers(LED and gas discharge),line drivers,and logic buffers.For 100-V(otherwise interchangeable)versions of the ULN2003A and ULN2004A,see the SN75468 and SN75469,respectively.第14页，本讲稿共19页20122012年春年春 L298N功能表
11、ENA In1In2运行状态0停止110正传101反转111刹停100停止电机驱动芯片L298第15页，本讲稿共19页20122012年春年春 L298典型应用电路单片单片机机控制控制第16页，本讲稿共19页20122012年春年春 三、控制流程nvoid Step_Motor_Forward(uchar n)nn uchar i,j;n for(i=0;i5*n;i+)n n for(j=0;j8;j+)n n if(K3=0)nbreak;n P1=step_code_forwardj;n Delay_Ms(25);n n n第17页，本讲稿共19页20122012年春年春 四、实训n1、掌握步进电机的工作原理；n2、掌握MCU给步进电机分配脉冲的原理；n3、实现4相步进电机的不同模式运行。第18页，本讲稿共19页20122012年春年春 这节课就到这里！谢谢大家！第19页，本讲稿共19页