步進電機的工作原理及演示資料.doc

1、步進電機的工作原理及演示 主題:步進電機的工作原理 步進電機的工作原理及其原理圖   一前言步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件在非超載的情況下,電機的轉(zhuǎn)速停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),而不受負載變化的影響,即給電機加一個脈沖信號,電機則轉(zhuǎn)過一個步距角這一線性關(guān)系的存在,加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點使得在速度位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用,但步進電機并不能象普通的直流電機,交流電機在常規(guī)下使用它必須由雙環(huán)形脈沖信號功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用因此用好步進電機卻

2、非易事,它涉及到機械電機電子及計算機等許多專業(yè)知識目前,生產(chǎn)步進電機的廠家的確不少,但具有專業(yè)技術(shù)人員,能夠自行開發(fā),研制的廠家卻非常少,大部分的廠家只一二十人,連最基本的設(shè)備都沒有僅僅處于一種盲目的仿制階段這就給用戶在產(chǎn)品選型使用中造成許多麻煩簽于上述情況,我們決定以廣泛的感應(yīng)子式步進電機為例敘述其基本工作原理望能對廣大用戶在選型使用及整機改進時有所幫助二感應(yīng)子式步進電機工作原理(一)反應(yīng)式步進電機原理由于反應(yīng)式步進電機工作原理比較簡單下面先敘述三相反應(yīng)式步進電機原理1結(jié)構(gòu):電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒,定子齒有三個勵磁繞阻,其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開01/32/3,(相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線

3、間的距離為齒距以表示),即A與齒1相對齊,B與齒2向右錯開1/3,C與齒3向右錯開2/3,A'與齒5相對齊,(A'就是A,齒5就是齒1)下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖:2旋轉(zhuǎn):如A相通電,B,C相不通電時,由于磁場作用,齒1與A對齊,(轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同)如B相通電,A,C相不通電時,齒2應(yīng)與B對齊,此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3,此時齒3與C偏移為1/3,齒4與A偏移(-1/3)=2/3如C相通電,A,B相不通電,齒3應(yīng)與C對齊,此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3,此時齒4與A偏移為1/3對齊如A相通電,B,C相不通電,齒4與A對齊,轉(zhuǎn)子又向右移過1/3這樣經(jīng)過ABCA分別通電狀態(tài),齒4(即齒1前一

4、齒)移到A相,電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距,如果不斷地按A,B,C,A通電,電機就每步(每脈沖)1/3,向右旋轉(zhuǎn)如按A,C,B,A通電,電機就反轉(zhuǎn)由此可見:電機的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)(脈沖數(shù))和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系而方向由導(dǎo)電順序決定不過,出于對力矩平穩(wěn)噪音及減少角度等方面考慮往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài),這樣將原來每步1/3改變?yōu)?/6甚至于通過二相電流不同的組合,使其1/3變?yōu)?/12,1/24,這就是電機細分驅(qū)動的基本理論依據(jù)不難推出:電機定子上有m相勵磁繞阻,其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1并且導(dǎo)電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制這是步進電機

5、旋轉(zhuǎn)的物理條件只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機,出于成本等多方面考慮,市場上一般以二三四五相為多3力矩:電機一旦通電,在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(磁通量)當轉(zhuǎn)子與定子錯開一定角度產(chǎn)生力F與(d/d)成正比 S其磁通量=Br*S Br為磁密,S為導(dǎo)磁面積, F與L*D*Br成正比L為鐵芯有效長度,D為轉(zhuǎn)子直徑 Br=N·I/R N·I為勵磁繞阻安匝數(shù)(電流乘匝數(shù))R為磁阻力矩=力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數(shù)*磁密 成正比(只考慮線性狀態(tài))因此,電機有效體積越大,勵磁安匝數(shù)越大,定轉(zhuǎn)子間氣隙越小,電機力矩越大,反之亦然(二)感應(yīng)子式步進電機1特點:感應(yīng)子式步進電

6、機與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進電機相比,結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體,以提供軟磁材料的工作點,而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能,因此該電機效率高,電流小,發(fā)熱低因永磁體的存在,該電機具有較強的反電勢,其自身阻尼作用比較好,使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)噪音低低頻振動小感應(yīng)子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機一個四相電機可以作四相運行,也可以作二相運行(必須采用雙極電壓驅(qū)動),而反應(yīng)式電機則不能如此例如:四相,八相運行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)完全可以采用二相八拍運行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=. 一個二相電機的內(nèi)部繞組與四相電機完全一致,小功率電機一般直接接為二

7、相,而功率大一點的電機,為了方便使用,靈活改變電機的動態(tài)特點,往往將其外部接線為八根引線(四相),這樣使用時,既可以作四相電機使用,可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用2分類感應(yīng)子式步進電機以相數(shù)可分為:二相電機三相電機四相電機五相電機等以機座號(電機外徑)可分為:42BYG(BYG為感應(yīng)子式步進電機代號)57BYG86BYG110BYG(國際標準),而像70BYG90BYG130BYG等均為國內(nèi)標準3步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語相數(shù):產(chǎn)生不同對極NS磁場的激磁線圈對數(shù)常用m表示拍數(shù):完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示,或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù),以四相電機為例,有四相四拍運行方式

8、即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角:對應(yīng)一個脈沖信號,電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示=360度/(轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)),以常規(guī)二四相,轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例四拍運行時步距角為=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步),八拍運行時步距角為=360度/(50*8)=0.9度(俗稱半步)定位轉(zhuǎn)矩:電機在不通電狀態(tài)下,電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩(由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的)靜轉(zhuǎn)矩:電機在額定靜態(tài)電作用下,電機不作旋轉(zhuǎn)運動時,電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩此力矩是衡量電機體積(幾何尺寸)的標準,與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安

9、匝數(shù)成正比,與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān),但過份采用減小氣隙,增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的,這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音4步進電機動態(tài)指標及術(shù)語:1步距角精度:步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差用百分比表示:誤差/步距角*100%不同運行拍數(shù)其值不同,四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi),八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)2失步:電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù),不等于理論上的步數(shù)稱之為失步3失調(diào)角:轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度,電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角,由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差,采用細分驅(qū)動是不能解決的4最大空載起動頻率:電機在某種驅(qū)動形式電壓及額定電流下,在不加負載的情況下,能夠直接起動的最大頻率5最大空載的運行頻率:

10、電機在某種驅(qū)動形式,電壓及額定電流下,電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率6運行矩頻特性:電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性,這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的,也是電機選擇的根本依據(jù)如下圖所示:其它特性還有慣頻特性起動頻率特性等電機一旦選定,電機的靜力矩確定,而動態(tài)力矩卻不然,電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流(而非靜態(tài)電流),平均電流越大,電機輸出力矩越大,即電機的頻率特性越硬如下圖所示:其中,曲線3電流最大或電壓最高;曲線1電流最小或電壓最低,曲線與負載的交點為負載的最大速度點 要使平均電流大,盡可能提高驅(qū)動電壓,使采用小電感大電流的電機7電機的共振點: 步進

11、電機均有固定的共振區(qū)域,二四相感應(yīng)子式步進電機的共振區(qū)一般在180-250pps之間(步距角1.8度)或在400pps左右(步距角為0.9度),電機驅(qū)動電壓越高,電機電流越大,負載越輕,電機體積越小,則共振區(qū)向上偏移,反之亦然,為使電機輸出電矩大,不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低,一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多 8電機正反轉(zhuǎn)控制:當電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA或()時為正轉(zhuǎn),通電時序為DA-CA-BC-AB或()時為反轉(zhuǎn)三驅(qū)動控制系統(tǒng)組成使用控制步進電機必須由環(huán)形脈沖,功率放大等組成的控制系統(tǒng),其方框圖如下:1脈沖信號的產(chǎn)生脈沖信號一般由單片機或CPU產(chǎn)生,一般脈沖信號的占空比為0.3-0

12、.4左右,電機轉(zhuǎn)速越高,占空比則越大2信號分配我廠生產(chǎn)的感應(yīng)子式步進電機以二四相電機為主,二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種,具體分配如下:二相四拍為,步距角為1.8度;二相八拍為,步距角為0.9度四相電機工作方式也有二種,四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度;四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度)3功率放大功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分步進電機在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流(而樣本上的電流均為靜態(tài)電流)平均電流越大電機力矩越大,要達到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式,

13、到目前為止,驅(qū)動方式一般有以下幾種:恒壓恒壓串電阻高低壓驅(qū)動恒流細分數(shù)等為盡量提高電機的動態(tài)性能,將信號分配功率放大組成步進電機的驅(qū)動電源我廠生產(chǎn)的SH系列二相恒流斬波驅(qū)動電源與單片機及電機接線圖如下:說明:CP 接CPU脈沖信號(負信號,低電平有效)OPTO 接CPU+5VFREE 脫機,與CPU地線相接,驅(qū)動電源不工作DIR 方向控制,與CPU地線相接,電機反轉(zhuǎn)VCC 直流電源正端GND 直流電源負端 A 接電機引出線紅線   接電機引出線綠線 B 接電機引出線黃線接電機引出線藍線 步進電機一經(jīng)定型,其性能取決于電機的驅(qū)動電源步進電機轉(zhuǎn)速越高,力距越大則要求電機的電流越

14、大,驅(qū)動電源的電壓越高電壓對力矩影響如下:4細分驅(qū)動器在步進電機步距角不能滿足使用的條件下,可采用細分驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機,細分驅(qū)動器的原理是通過改變相鄰(A,B)電流的大小,以改變合成磁場的夾角來控制步進電機運轉(zhuǎn)的四步進電機的應(yīng)用(一)步進電機的選擇步進電機有步距角(涉及到相數(shù))靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成一旦三大要素確定,步進電機的型號便確定下來了1步距角的選擇電機的步距角取決于負載精度的要求,將負載的最小分辨率(當量)換算到電機軸上,每個當量電機應(yīng)走多少角度(包括減速)電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度(五相電機)0.9度/1.8度(二四相電

15、機)1.5度/3度 (三相電機)等2靜力矩的選擇步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定,我們往往先確定電機的靜力矩靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載,而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的直接起動時(一般由低速)時二種負載均要考慮,加速起動時主要考慮慣性負載,恒速運行進只要考慮摩擦負載一般情況下,靜力矩應(yīng)為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好,靜力矩一旦選定,電機的機座及長度便能確定下來(幾何尺寸)3電流的選擇靜力矩一樣的電機,由于電流參數(shù)不同,其運行特性差別很大,可依據(jù)矩頻特性曲線圖,判斷電機的電流(參考驅(qū)動電源及驅(qū)動電壓)綜上所述選擇電機一般應(yīng)遵循以下步驟: 

16、60; 4力矩與功率換算步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用其功率是變化的,一般只用力矩來衡量,力矩與功率換算如下:P= ·M =2·n/60 P=2nM/60其P為功率單位為瓦,為每秒角速度,單位為弧度,n為每分鐘轉(zhuǎn)速,M為力矩單位為牛頓·米P=2fM/400(半步工作)其中f為每秒脈沖數(shù)(簡稱PPS)(二)應(yīng)用中的注意點1步進電機應(yīng)用于低速場合-每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn),(0.9度時6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用,可通過減速裝置使其在此間工作,此時電機工作效率高,噪音低2步進電機最好不使用整步狀態(tài),整步狀態(tài)時振動大3

17、由于歷史原因,只有標稱為12V電壓的電機使用12V外,其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ,可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓(建議:57BYG采用直流24V-36V,86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V),當然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源, 不過要考慮溫升4轉(zhuǎn)動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機5電機在較高速或大慣量負載時,一般不在工作速度起動,而采用逐漸升頻提速,一電機不失步,二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度6高精度時,應(yīng)通過機械減速提高電機速度,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決,也可以采用5相電機,不過其整個系統(tǒng)的價格較貴,生產(chǎn)廠家少,其被淘汰的說法是外行

18、話7電機不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作,如若必須可通過改變電壓電流或加一些阻尼的解決8電機在600PPS(0.9度)以下工作,應(yīng)采用小電流大電感低電壓來驅(qū)動9應(yīng)遵循先選電機后選驅(qū)動的原則1.步進電機概述步進電機是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件,它實際上是一種單相或多相同步電動機單相步進電動機有單路電脈沖驅(qū)動,輸出功率一般很小,其用途為微小功率驅(qū)動多相步進電動機有多相方波脈沖驅(qū)動,用途很廣使用多相步進電動機時,單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號,在經(jīng)功率放大后分別送入步進電動機各相繞組每輸入一個脈沖到脈沖分配器,電動機各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化,轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度(稱為步

19、距角)正常情況下,步進電機轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比;連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時,電動機的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應(yīng)關(guān)系,不受電壓波動和負載變化的影響由于步進電動機能直接接收數(shù)字量的輸入,所以特別適合于微機控制 1.1步進電機的特性 步進電機轉(zhuǎn)動使用的是脈沖信號,而脈沖是數(shù)字信號,這恰是計算機所擅長處理的數(shù)據(jù)類型從20世紀80年代開始開發(fā)出了專用的IC驅(qū)動電路,今天,在打印機磁盤器等的OA裝置的位置控制中,步進電機都是不可缺少的組成部分之一總體上說,步進電機有如下 優(yōu)點:1.不需要反饋,控制簡單2.與微機的連接速度控制(啟動停止和反轉(zhuǎn))及驅(qū)動電路的設(shè)計比較簡單3

20、.沒有角累積誤差4.停止時也可保持轉(zhuǎn)距5.沒有轉(zhuǎn)向器等機械部分,不需要保養(yǎng),故造價較低6.即使沒有傳感器,也能精確定位7.根椐給定的脈沖周期,能夠以任意速度轉(zhuǎn)動但是,這種電機也有自身的缺點8.難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩9不宜用作高速轉(zhuǎn)動10.在體積重量方面沒有優(yōu)勢,能源利用率低11.超過負載時會破壞同步,速工作時會發(fā)出振動和噪聲1.2 步進電機的種類目前常用的步進電機有三類:1反應(yīng)式步進電動機(VR)采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子,其結(jié)構(gòu)簡單,生產(chǎn)成本低,步距角可以做的相當小,但動態(tài)性能相對較差2永磁式步進電動機(PM)轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵,在其外側(cè)配置齒狀定子用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥

21、力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動步的角度一般是7.50它的出力大,動態(tài)性能好;但步距角一般比較大3混合步進電動機(HB)這是PM和VR的復(fù)合產(chǎn)品,其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料,定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)此類電機綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點,步距角小,出力大,動態(tài)性能好,是性能較好的一類步進電動機,在計算機相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機2步進電機的工作原理現(xiàn)以反應(yīng)式三相步進電機為例說明其工作原理三相步進電機的定子鐵心上有六個形狀相同的大齒,相鄰兩個大齒之間的夾角為60 度每個大齒上都套有一個線圈,徑向相對的兩個線圈串聯(lián)起來成為一相繞組各個大齒的內(nèi)表面上又有若干個均勻分布的小齒轉(zhuǎn)子是一個圓柱形鐵心,外表面上圓周

22、方向均勻的布滿了小齒轉(zhuǎn)子小齒的齒距是和定子相同的設(shè)計時應(yīng)使轉(zhuǎn)子齒數(shù)能被二整除但某一相繞組通電,而轉(zhuǎn)子可自由旋轉(zhuǎn)時,該相兩個大齒下的各個小齒將吸引相近的轉(zhuǎn)子小齒,使電動機轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)子小齒與該相定子小齒對齊的位置,而其它兩相的各個大齒下的小齒必定和轉(zhuǎn)子的小齒分別錯開正負1/3 的齒距,形成“齒錯位”,從而形成電磁引力使電動機連續(xù)的轉(zhuǎn)動下去 和反應(yīng)式步進電動機不同,永磁式步進電動機的繞組電流要求正,反向流動,故驅(qū)動電路一般要做成雙極性驅(qū)動混合式步進電動機的繞組電流也要求正,反向流動,故驅(qū)動電路通常也要做成雙極性2.1步進電機的勵磁方式步進電機有2相4相和5相電機在4相電機中有4組線圈,若電流

23、按順序通過線圈則使電機產(chǎn)生轉(zhuǎn)動2相電機中有2組線圈從圖9.3可以發(fā)現(xiàn),在各線圈中引出中間端子,因此若以中間端子為基準即可實現(xiàn)4相,稱這4為ABCD的勵磁相本實驗使用的就是這種方式的4相電機,而勵磁方式中有1相(單向)勵磁2相(雙向)勵磁和1-2相(單-雙向)勵磁方式此外,如果轉(zhuǎn)動的方向不正確,可以交替12端子或34號端子 (1). 1相勵磁方式按ABCD的順序總是僅有一個勵磁相有電流通過,因此,對應(yīng)1個脈沖信號電機只會轉(zhuǎn)動一步,這使電機只能產(chǎn)生很小的轉(zhuǎn)矩并會產(chǎn)生振動,故很少使用 ABCDT11000T20100T30010T40001圖2.T1-T4表示脈沖周期;ABCD表

24、示電機的各相,1表示此時有一個脈沖,0表示沒有(2). 2相勵磁方式按ABBCCDDA的方式總是只有2相勵磁,通過的電流是1相勵磁時通過電流的2倍,轉(zhuǎn)矩也是1相勵磁的2倍此時電機的振動較小且應(yīng)答頻率升高,目前仍廣泛使用此種方式 ABCDT11100T20110T30011T41001圖3.T1-T4表示脈沖周期;ABCD表示電機的各相,1表示此時有一個脈沖,0表示沒有脈沖(3). 1-2相勵磁方式即實驗中所有的勵磁方式,它按AABBBCCCDDDA的順序交替進行線圈的勵磁與前述的2個線圈勵磁方式相比,電機的轉(zhuǎn)速是原來的1/2,應(yīng)答頻率范圍變?yōu)樵瓉淼?倍轉(zhuǎn)子以滑動的方式轉(zhuǎn)動 

25、ABCDT11000T21100T30100T40110T50010T60011T70001T81001圖4.T1-T8表示脈沖周期;ABCD表示電機的各相,1表示此時有一個脈沖,0表示沒有脈沖3.與微處理器的連接方式步進電機并不是直接與CPU相連的由于開發(fā)板上外部設(shè)備很多,各功能模塊與微處理器的連接方式有專用線路,局部總線與擴展總線 3.1 局部總線與擴展總線局部總線與微處理器直接相連,擴展總線通過一個總線控制器74LVCH6245與局部總線相連從CPU 出來的數(shù)據(jù)地址讀寫控制等信號構(gòu)成局部總線NAND FLASHSDRAM和網(wǎng)卡芯片AX88796 直

26、接掛在局部總線上的局部總線經(jīng)過四片74LVCH16245 驅(qū)動后作為擴展總線引到其他外設(shè)以及168Pin 擴展槽由于數(shù)據(jù)線是雙向的,所以16245芯片必須有方向控制信號,這里采用經(jīng)過隔離后的寫控制信號OE 作為數(shù)據(jù)線所在16245 芯片的方向控制線當OE 有效時16245 芯片把擴展總線上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄植靠偩€上;當OE無效時反之另外,必須注意,當系統(tǒng)對局部總線上的芯片讀數(shù)據(jù)時OE 一樣會起作用,這樣就必須對局部總線和擴展總線進行總線仲裁,這里是外設(shè)所具有的四個片選信號nGCS1345 用74HC21 相與

27、后作為數(shù)據(jù)線所在的16245 芯片的輸出使能控制線,只有當系統(tǒng)對擴展總線讀操作,也就是上述四個片選之一有效時,16245 才能對局部總線輸出數(shù)據(jù),否則無論OE 如何都呈現(xiàn)高阻態(tài)如下圖:注:LDATA表示局部總線的數(shù)據(jù)線;DATA表示擴展總線的數(shù)據(jù)線74LVCH16425芯片共有四塊,限于篇幅僅舉一片為例,其它三片芯片,一片用于數(shù)據(jù)線的低位連接,兩片用于地址線的連接注:由于片選線使用的負邏輯電平有效,所有此處用的是與門3.2芯片74HC573 擴展總線連接在芯片74HC573上,擴展總線的DATA0-DATA7分別接在74HC573的八個數(shù)據(jù)輸入端上74HC573芯

28、片是由8個三態(tài)門組成的寄存器,它起到暫時保存信息和隔離總線的作用芯片的輸出IO0IO3用于DA數(shù)模轉(zhuǎn)換,IO4IO7用于步進電機的控制 描述:這個芯片采用的是八進位的D觸發(fā)器,它可以驅(qū)動電容式或電阻式的負載因此它特別適合應(yīng)用于緩沖寄存器IO端口雙向的總線控制器和操作寄存器 當寄存器的使能端(LE)為高電平時,Q輸出端和D輸入端一一對應(yīng);當LE為低電平時,輸出端管腳Q輸出的是寄存器中已被設(shè)定的值當一個能開啟緩沖功能的負邏輯管腳(OE)為0時,無論是在正常邏輯狀態(tài)還是在高阻抗狀態(tài)下,都能放置八位的輸出數(shù)據(jù)在高阻抗狀態(tài)下輸出并沒有負載或者進行控制總線高阻態(tài)和改進的總線驅(qū)動可以在不拉起元件的

29、情況下控制總線傳輸OE端并不影響寄存器內(nèi)部的操作當輸出端呈高阻狀態(tài)時舊的數(shù)據(jù)可以被保存或者新的數(shù)據(jù)進行輸入 3.3步進電機模塊的驅(qū)動電路74HC573芯片的輸出IO4IO7用于用來驅(qū)動步進電機的轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)線要首先接在步進電機模塊的一個接口上接口對信號進行放大,使之能夠驅(qū)動步進電機放大后的信號就可以直接的來使步進電路進行工作了 3.4開發(fā)板中的步進電機本開發(fā)板中使用的步進電機為四相步進電機轉(zhuǎn)子小齒數(shù)為64系統(tǒng)中采用四路I/O 進行并行控制,ARM 控制器直接發(fā)出多相脈沖信號,在通過功率放大后,進入步進電機的各相繞組這樣就不再需要脈沖分配器脈沖分配器的功能可以

30、由純軟件的方法實現(xiàn)如上圖所示 四相步距電機的控制方法有四相單四拍,四相單雙八拍和四相雙四拍三種控制方式步距角的計算公式為:b=3600/mCk其中:m 為相數(shù),控制方法是四相單四拍和四相雙四拍時C 為1,控制方法是四相單雙八拍時C 為2,Zk 為轉(zhuǎn)子小齒數(shù) 本系統(tǒng)中采用的是四相單雙八拍控制方法,所以步距角為360°/512但步進電機經(jīng)過一個1/8 的減速器引出,實際的步距角應(yīng)為360°/512/8開發(fā)平臺中使用EXI/O 的高四位控制四相步進電機的四個相按照四相單雙八拍控制方法,電機正轉(zhuǎn)時的控制

31、順序為AABBBCCCDDDAEXI/O 的高四位的值參見下表: 十六進制二進制通電狀態(tài)1H0001A3H0011AB2H0010B6H0110BC4H0100CCH1100CD8H1000D9H1001DA表5. 電機正轉(zhuǎn)時,EXIO的高四位的值 反轉(zhuǎn)時,只要將控制信號按相反的順序給出即可可以通過宏SETEXIOBITMASK(bit,mask)(EXIO.h)來設(shè)置擴展I/O 口,其中mask 參數(shù)為0xf0本實驗使作的是1-2相勵磁方式,還可以使用1相勵磁方式和2相勵磁方式* 1相勵磁方式的順序是ABCD,因此只要設(shè)置數(shù)組 char

32、60;stepdata=0x10,0x20,0x400x,0x80 即可* 2相勵磁方式的順序是AB,BC,CD,DA,   因此只要設(shè)置數(shù)組 char stepdata=0x30,0x60,0xc0,0x90  即可* 要實現(xiàn)電機的反轉(zhuǎn),只需將上面數(shù)組的值按相反的順序排列即可 4驅(qū)動程序的編程驅(qū)動程序采用C語言進行編程,下面是驅(qū)動程序中幾個重要的函數(shù)static int do_stepmotor_run(char phase) /通過調(diào)用這個函數(shù)使步進電機轉(zhuǎn)起來unsigned in

33、t bak; /變量bak用于存放從寄存器中讀出的值   bak = readw(s3c2410_exio_base);      /調(diào)用內(nèi)核函數(shù)將基地址為s3c2410_exio_base寄存 /器的值讀出并放在bak中DPRINTK_STEP("s3c2410_exio_base content is %xn", bak); /調(diào)試輸出語句tiny_delay(5); /延時函數(shù),有延時功能 

34、bitops_mask_bit(phase, 0xf0, &bak); /清除4-8位然后再設(shè)置phase傳進來的位(也是4-8位) DPRINTK_STEP("s3c2410_exio_base content is %xn", bak); /調(diào)試輸出語句tiny_delay(5); writew(bak, s3c2410_exio_base); /調(diào)用內(nèi)核函數(shù)將bak的值寫入相應(yīng)的寄存器中bak = readw(s3c2410_exio_bas

35、e); /再次將寄存器的值讀出DPRINTK_STEP("s3c2410_exio_base content is %xn", bak);/利用調(diào)試語句再次將修改后的寄存器中的值輸出,以驗證其正確性tiny_delay(5);DPRINTK_STEP("n");return 0;  驅(qū)動程序主要通過上面這個函數(shù)來使步進電機轉(zhuǎn)動控制電機的是一個寄存器(地址是s3c2410_exio_base=0x08000100),只要給它適當?shù)闹惦姍C就可以運動起來這個函數(shù)通過傳遞變量phase從應(yīng)用程

36、序獲得數(shù)據(jù)然后使用函數(shù)readw()把寄存器的值就讀出并送給bak;通過函數(shù)bitops_mask_bit()修改bak的值;最后由writew()寫回到寄存器中 5應(yīng)用程序的編程1步進電機模塊步進電機模塊和DA 模塊是使用Bank1 地址空間擴展出來的IO 口共同使用驅(qū)動s3c2410-exio.o在驅(qū)動程序中,與步進電機相關(guān)的主要在函數(shù)s3c2410_exio_ioctl:2對應(yīng)的應(yīng)用源程序 #include <stdio.h>#include <fcntl.h>#include <

37、;string.h>#include <sys/ioctl.h> #define STEPMOTOR_IOCTRL_PHASE     0x13 static int step_fd = -1;char *STEP_DEV="/dev/exio/0raw" /定義一個指針指向步進電機的驅(qū)動程序 /*        A,&

38、#160;AB, B, BC, C   CD,    D, DA           */char stepdata=0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80,0x90;/各個相位對應(yīng)的值 void Delay(int t) /延時函數(shù)    int i;    for(;t>0;t-)       for(i=0;i<400;i+); /*/int main(int argc, char *argv) int i = 0; if(step_f