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1、441 步进电机工作原理1.步进电机(1)是一个数字角度转换器,也是一个串行的数模转换器。(2)是过程控制及仪表中的主要控制元件。(3)广泛用于定位系统2.概念:(1)步进电机旋转的根本原因:错齿。(2)术语:齿距角 步距角(3)通电一周,转子转过一个齿距角,N 为几,一个齿距角分几步走完。微机控制技术第1页/共29页442 步进电机控制系统原理微机控制技术图441步进电机控制系统的组成 p129第2页/共29页442 步进电机控制系统原理(1)步进控制器 包括:缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及 正、反转向控制门等。作用:把输入脉冲转换成环型脉冲,以控制步进电机的转向。采用计算机控制系统,由
2、软件代替步进控制器。优点:线路简化,降低成本降低,可靠性提高。灵活改变步进电机的控制方案,使用起来很方便。(2)功率放大器 把环型脉冲放大,以驱动步进电机转动。微机控制技术第3页/共29页442 步进电机控制系统原理图442 用微型机控制步进电机原理系统图 p130微机控制技术第4页/共29页442 步进电机控制系统原理 图442 与 图441相比:用微型机代替了步进控制器把并行二进制码转换成 串行脉冲序列,并实现方向控制。只要负载是在步进电机允许的范围之内,每个脉冲将使电机转动一个固定的步距角度。根据步距角的大小及实际走的步数,只要知道初始 位置,便可知道步进电机的最终位置。微机控制技术第5
3、页/共29页442 步进电机控制系统原理本课主要解决如下几个问题:(1)用软件的方法实现脉冲序列;(2)步进电机的方向控制;(3)步进电机控制程序的设计。微机控制技术第6页/共29页442 步进电机控制系统原理 1脉冲序列的生成图443 脉冲序列微机控制技术P130第7页/共29页442 步进电机控制系统原理 脉冲幅值 由数字元件电平决定。TTL 0 5V CMOS 0 10V 接通和断开时间可用延时的办法控制。要求:确保步进到位。微机控制技术第8页/共29页 2 2方向控制方向控制 步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。三相步进电机有三种工作方式
4、:三相步进电机有三种工作方式:单三拍,通电顺序为单三拍,通电顺序为 A AB BC C ;双三拍,双三拍,通电顺序为通电顺序为 ABABBCBCCA CA ;三相六拍,通电顺序为三相六拍,通电顺序为 AABBBCCCA ;442 步进电机控制系统原理微机控制技术 改变通电顺序可以改变步进电机的转向 第9页/共29页442 步进电机控制系统原理3.步进电机通电模型的建立:(1)用微型机输出接口的每一位控制一相绕组,【例如】用 8255 控制三相步进电机时,可用、PC.2 分别接至步进电机的 A、B、C 三相绕组。(2)根据所选定的步进电机及控制方式,写出相应控制方 式的数学模型。上面讲的三种控制
5、方式的数学模型分别为:微机控制技术第10页/共29页442 步进电机控制系统原理 三相单三拍三相单三拍步步 序序 控控 制制 位位 工工 作作 状状 态态 控控 制制 模模 型型 PC.PC.7 7PC.PC.6 6PC.PC.5 5PC.PC.4 4PC.PC.3 3PC.PC.2 2C C相相 PC.PC.1 1B B相相 PC.PC.0 0A A相相 1 10 00 00 00 00 00 00 01 1A A01H01H2 20 00 00 00 00 00 01 10 0B B0202H H3 30 00 00 00 00 01 10 00 0C C0404H H微机控制技术第11页
6、/共29页 三相双三拍用 P1口 的 P1.2、P1.0 对应 C、B、A 相 进行控制。第12页/共29页442 步进电机控制系统原理 同理,可以得出双三拍和三相六拍的控制模型:双三拍 03H,06H,05H 三相六拍 01H,03H,02H,06H,04H,05H 以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型,如按逆序进行控制,步进电机将向相反方向转动。微机控制技术第13页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计 4.步进电机与微型机的接口电路(1)由于步进电机的驱动电流较大,所以微型机与 步进电机的连接都需要专门的接口及驱动电路。接口电路可以是锁存器,也可以是可编程接口芯片,如 8
7、255、8155等。驱动器可用大功率复合管,也可以是专门的驱动器。光电隔离器,一是抗干扰,二是电隔离,微机控制技术第14页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计图444 步进电机与微型机接口电路之一 p133微机控制技术100100 100第15页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计 总之,只要按一定的顺序 改变 P1.2 三位通电的状况,即可控制步进电机依选定的方向步进。微机控制技术第16页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计 由于步进电机运行时功率较大,可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离器,以防强功率的干扰信号反串进主控系统。如 图4-25微机控
8、制技术第17页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计图445 步进电机与微型机接口电路之二 p133微机控制技术001011100第18页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计2.步进电机程序设计(1)步进电机程序设计的主要任务是:判断旋转方向;按顺序传送控制脉冲;判断所要求的控制步数是否传送完毕。(2)程序框图下面以三相双三拍为例说明这类程序的设计.微机控制技术第19页/共29页图4.46 三相双三拍步进电机控制程序流程图 p134微机控制技术第20页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计 ORG ORG0100H0100HROUNT1ROUNT1:MOV
9、MOVA A,#N#N;步进电机步数;步进电机步数A A JNB JNB00H00H,LOOP2LOOP2;反向,转;反向,转 LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1:MOVMOVP1P1,#03H#03H;正向,输出第一拍;正向,输出第一拍 ACALLACALL DELAYDELAY;延时;延时 DECDECA A;A A0 0,转,转DONEDONE JZ JZDONEDONE MOV MOVP1P1,06H06H;输出第二拍;输出第二拍 ACALLACALL DELAYDELAY;延时;延时 DECDECA A;A A0 0,转,转DONEDONE JZ JZDONEDONE MOV
10、MOVP1P1,05H05H;输出第三拍;输出第三拍 ACALLACALL DELAYDELAY;延时;延时 DECDECA A;A A0 0,转,转 LOOP1LOOP1 JNZ JNZLOOP1LOOP1(3)程序 根据图4-46可写出如下步进电机控制程序微机控制技术第21页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计微机控制技术 AJMP DONE ;A0,转DONELOOP2:MOV P1,03H;反向,输出第一拍 ACALL DELAY ;延时DEC A;A0,转DON JZ DONE MOV P1,05H;输出第二拍 ACALL DELAY;延时 DEC A JZ DONE;
11、MOV P1,06H;输出第三拍 ACALL DELAY;延时 DEC A;A0,转LOOP2 JNZ LOOP2DONE:RETDELAY:第22页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计 对于节拍比较多的控制程序,通常采用循环程序进行设计。微机控制技术第23页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计(4)循环程序 作法:把环型节拍的控制模型按顺序存放在内存单元中,逐一从单元中取出控制模型并输出。节拍越多,优越性越显著。以三相六拍为例进行设计,其流程图如图447所示。微机控制技术第24页/共29页图447 三相六拍步进电机控制程序框图 P137微机控制技术ROUTN2LO
12、OP0LOOP2LOOP1第25页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计ORGORG8100H8100HROUTN2ROUTN2:MOVMOVR2R2,COUNTCOUNT;步进电机的步数;步进电机的步数LOOP0LOOP0:MOVMOVR3R3,#00H#00HMOV DPTRMOV DPTR,#POINT#POINT;送控制模型指针;送控制模型指针JNBJNB00H00H,LOOP2LOOP2;反转,转;反转,转LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1:MOVMOVA A,R3R3;取控制模型;取控制模型MOVCMOVCA A,A+DPTRA+DPTRJZJZLOOP0LOOP
13、0;控制模型为;控制模型为00H00H,转,转LOOP0LOOP0MOVMOVP1P1,A A;输出控制模型;输出控制模型ACALLACALLDELAYDELAY;延时;延时INCINCR3R3;控制步数加;控制步数加1 1DJNZDJNZR2R2,LOOP1LOOP1;步数未走完,继续;步数未走完,继续RETRET图4-47所示三相六拍步进电机控制程序如下:微机控制技术第26页/共29页443 步进电机与微型机的接口及程序设计微机控制技术LOOP2:MOV A,R3;求反向控制模型的偏移量 ADD A,#07H MOV R3,A AJAMP LOOP1DELAY:;延时程序 POINT DB01H,03H,02H,06H,04H,05H,00H;正向控制模型 DB 01H,05H,04H.06H,02H,03H,00H;反向控制模型COUNT EQU 30H,POINT EQU 0150H 第27页/共29页444 步进电机步数及速度的确定方法两个重要的参数:步数 N 控制步进电机的定位精度。延时时间 DELAY 控制其步进的速率。微机控制技术第28页/共29页感谢您的观看!第29页/共29页
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