步進(jìn)電機(jī)工作原理及實(shí)現(xiàn)

1、441 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)工作原理圖圖4 440 40 步進(jìn)電機(jī)原理圖步進(jìn)電機(jī)原理圖 P129P129微機(jī)控制技術(shù)441 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)工作原理1. 1.步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)（1 1）是一個數(shù)字角度轉(zhuǎn)換器，）是一個數(shù)字角度轉(zhuǎn)換器， 也是一個串行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。也是一個串行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。（2 2）是過程控制及儀表中的主要控制元件。）是過程控制及儀表中的主要控制元件。（3 3）廣泛用于定位系統(tǒng)）廣泛用于定位系統(tǒng)2. 2. 概念：概念：（1 1）步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因：錯齒。）步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因：錯齒。（2 2）術(shù)語：齒距角）術(shù)語：齒距角 步距角步距角（3 3）通電一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距角，通電一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過

2、一個齒距角， N N 為幾，一個齒距角分幾步走完。為幾，一個齒距角分幾步走完。微機(jī)控制技術(shù)442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理微機(jī)控制技術(shù)圖圖4 44141步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成 p129p129442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理（1 1）步進(jìn)控制器步進(jìn)控制器 包括：緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及包括：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。正、反轉(zhuǎn)向控制門等。 作用作用: : 把輸入脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖，以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。把輸入脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖，以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由軟件代替步進(jìn)控制器。采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由軟件代替步進(jìn)控制器。 優(yōu)點(diǎn)：

3、線路簡化，降低成本降低，可靠性提高。優(yōu)點(diǎn)：線路簡化，降低成本降低，可靠性提高。 靈活改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案，使用起來很方便。靈活改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案，使用起來很方便。（2 2）功率放大器）功率放大器 把環(huán)型脈沖放大，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。把環(huán)型脈沖放大，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。微機(jī)控制技術(shù)442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖圖4 442 42 用微型機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理系統(tǒng)圖用微型機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理系統(tǒng)圖 p130p130微機(jī)控制技術(shù)442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 圖442 與 圖441相比： 用微型機(jī)代替了步進(jìn)控制器把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成用微型機(jī)代替了步進(jìn)控制器把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成 串行脈沖序列，并實(shí)現(xiàn)方向

4、控制。串行脈沖序列，并實(shí)現(xiàn)方向控制。 只要負(fù)載是在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍之內(nèi)，只要負(fù)載是在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍之內(nèi)， 每個脈沖將使電機(jī)轉(zhuǎn)動一個固定的步距角度。每個脈沖將使電機(jī)轉(zhuǎn)動一個固定的步距角度。 根據(jù)步距角的大小及實(shí)際走的步數(shù)，只要知道初始根據(jù)步距角的大小及實(shí)際走的步數(shù)，只要知道初始 位置，便可知道步進(jìn)電機(jī)的最終位置。位置，便可知道步進(jìn)電機(jī)的最終位置。微機(jī)控制技術(shù)442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理本課主要解決如下幾個問題：本課主要解決如下幾個問題： (1) (1) 用軟件的方法實(shí)現(xiàn)脈沖序列；用軟件的方法實(shí)現(xiàn)脈沖序列； (2) (2) 步進(jìn)電機(jī)的方向控制；步進(jìn)電機(jī)的方向控制； (3) (3) 步進(jìn)電機(jī)控

5、制程序的設(shè)計(jì)。步進(jìn)電機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)。微機(jī)控制技術(shù)442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 1 1脈沖序列的生成脈沖序列的生成圖圖4 443 43 脈沖序列脈沖序列微機(jī)控制技術(shù)P130P130442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 脈沖幅值脈沖幅值 由數(shù)字元件電平?jīng)Q定。由數(shù)字元件電平?jīng)Q定。 TTL 0 TTL 0 5V 5V CMOS 0 CMOS 0 10V 10V 接通和斷開時間可用延時的辦法控制。接通和斷開時間可用延時的辦法控制。 要求：確保步進(jìn)到位。要求：確保步進(jìn)到位。微機(jī)控制技術(shù) 2 2方向控制方向控制 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序相關(guān)。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序相關(guān)。 三相步進(jìn)電機(jī)有三

6、種工作方式：三相步進(jìn)電機(jī)有三種工作方式： 單三拍，通電順序?yàn)閱稳模婍樞驗(yàn)?A AB BC C ； 雙三拍，雙三拍， 通電順序?yàn)橥婍樞驗(yàn)?ABABBCBCCA CA ； 三相六拍，通電順序?yàn)槿嗔?，通電順序?yàn)?AABBBCCCA ；442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理微機(jī)控制技術(shù) 改變通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向改變通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理3.3.步進(jìn)電機(jī)通電模型的建立：步進(jìn)電機(jī)通電模型的建立：（1 1）用微型機(jī)輸出接口的每一位控制一相繞組，）用微型機(jī)輸出接口的每一位控制一相繞組，【例如】用【例如】用 8255 8255 控制三相步進(jìn)電機(jī)時，控制三相步進(jìn)電

7、機(jī)時， 可用可用 PC.OPC.O、PC.1PC.1、PC.2 PC.2 分別接至步進(jìn)電機(jī)的分別接至步進(jìn)電機(jī)的 A A、 B B、 C C 三相繞組。三相繞組。（2 2）根據(jù)所選定的步進(jìn)電機(jī)及控制方式，寫出相應(yīng)控制方）根據(jù)所選定的步進(jìn)電機(jī)及控制方式，寫出相應(yīng)控制方 式的數(shù)學(xué)模型。式的數(shù)學(xué)模型。 上面講的三種控制方式的數(shù)學(xué)模型分別為：上面講的三種控制方式的數(shù)學(xué)模型分別為：微機(jī)控制技術(shù)442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 三相單三拍三相單三拍步步 序序 控控 制制 位位 工工 作作 狀狀 態(tài)態(tài) 控控 制制 模模 型型 PC.PC.7 7PC.PC.6 6PC.PC.5 5PC.PC.4 4PC.PC.3

8、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微機(jī)控制技術(shù) 三相雙三拍三相雙三拍用用 P1P1口口 的的 P1.2 P1.2 、P1.1P1.1、P1.0 P1.0 對應(yīng)對應(yīng) C C、B B、A A 相相 進(jìn)進(jìn)行控行控制制 。442 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 同理同理，可以得出雙三拍和三相六拍的控制模型：，可以得出雙三拍和三相六拍的控制

9、模型： 雙三拍雙三拍 03H03H，06H06H，05H05H 三相六拍三相六拍 01H01H，03H03H，02H02H，06H06H，04H04H，05H05H 以上為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時的控制順序及數(shù)學(xué)模型，以上為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時的控制順序及數(shù)學(xué)模型， 如按逆序進(jìn)行控制，步進(jìn)電機(jī)將向相反方向轉(zhuǎn)動。如按逆序進(jìn)行控制，步進(jìn)電機(jī)將向相反方向轉(zhuǎn)動。微機(jī)控制技術(shù)443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 4.4.步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口電路步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口電路（1 1）由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電流較大，所以微型機(jī)與）由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電流較大，所以微型機(jī)與 步進(jìn)電機(jī)的連接都需要專門的接口及驅(qū)動電路。

10、步進(jìn)電機(jī)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，接口電路可以是鎖存器，也可以是可編程接口芯片，如如 82558255、81558155等。等。 驅(qū)動器可用大功率復(fù)合管，也可以是專門的驅(qū)動器。驅(qū)動器可用大功率復(fù)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，光電隔離器，一是抗干擾，二是電隔離，微機(jī)控制技術(shù)443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)圖圖4 444 44 步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)接口電路之一步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)接口電路之一 p133p133微機(jī)控制技術(shù)1 10 00 01 10 00 0 1 10 00 0443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與

11、與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 總之，總之， 只要按一定的順序只要按一定的順序 改變改變 P1.0P1.0P1.2 P1.2 三位通電的狀況，三位通電的狀況， 即可控制步進(jìn)電機(jī)依選定的方向步進(jìn)。即可控制步進(jìn)電機(jī)依選定的方向步進(jìn)。微機(jī)控制技術(shù)443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 由于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時功率較大，由于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時功率較大， 可在微型機(jī)與驅(qū)動器之間增加一級光電隔離器，可在微型機(jī)與驅(qū)動器之間增加一級光電隔離器， 以防強(qiáng)功率的干擾信號反串進(jìn)主控系統(tǒng)。以防強(qiáng)功率的干擾信號反串進(jìn)主控系統(tǒng)。 如如 圖圖4-254-25微機(jī)控制技術(shù)443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)圖圖

12、4 445 45 步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)接口電路之二步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)接口電路之二 p133p133微機(jī)控制技術(shù)0 00 01 10 01 11 11 10 00 0443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)2.2.步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)(1)步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是： 判斷旋轉(zhuǎn)方向；判斷旋轉(zhuǎn)方向； 按順序傳送控制脈沖；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。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(shè)計(jì).微機(jī)控制技術(shù)圖圖4.46 4.46 三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)控制程序流程圖三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)控制程序流程圖 p134p134微

13、機(jī)控制技術(shù)443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) ORGORG0100H0100HROUNT1ROUNT1：MOVMOVA A，#N#N；步進(jìn)電機(jī)步數(shù)；步進(jìn)電機(jī)步數(shù)A A JNB JNB00H00H，LOOP2LOOP2；反向，轉(zhuǎn)；反向，轉(zhuǎn) LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1： MOVMOVP1P1，#03H#03H；正向，輸出第一拍；正向，輸出第一拍 ACALLACALL DELAYDELAY；延時；延時 DECDECA A；A A0 0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)DONEDONE JZ JZDONEDONE MOV MOVP1P1，06H06H；輸出第二拍；輸出第二拍 ACALLACALL

14、DELAYDELAY；延時；延時 DECDECA A；A A0 0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)DONEDONE JZ JZDONEDONE MOV MOVP1P1，05H05H；輸出第三拍；輸出第三拍 ACALLACALL DELAYDELAY；延時；延時 DECDECA A；A A0 0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)LOOP1LOOP1 JNZJNZ LOOP1LOOP1（3 3）程序）程序 根據(jù)圖根據(jù)圖4-464-46可寫出如下步進(jìn)電機(jī)控制程序可寫出如下步進(jìn)電機(jī)控制程序微機(jī)控制技術(shù)443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)微機(jī)控制技術(shù) AJMP DONE AJMP DONE ；A A0 0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)DONEDONELOOP2

15、LOOP2： MOVMOV P1 P1，03H03H；反向，輸出第一拍；反向，輸出第一拍 ACALL DELAY ACALL DELAY ；延時；延時DEC ADEC A；A A0 0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)DONDON JZ JZ DONE DONE MOV P1 MOV P1，05H05H；輸出第二拍；輸出第二拍 ACALL DELAYACALL DELAY；延時；延時 DECDEC A A JZ JZ DONE DONE； MOVMOV P1 P1，06H06H；輸出第三拍；輸出第三拍 ACALL DELAYACALL DELAY；延時；延時 DECDEC A A ；A A0 0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)LOOP2LOO

16、P2 JNZ JNZ LOOP2 LOOP2DONEDONE： RETRETDELAY： 443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 對于節(jié)拍比較多的控制程序，對于節(jié)拍比較多的控制程序， 通常采用循環(huán)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常采用循環(huán)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。微機(jī)控制技術(shù)443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（4 4）循環(huán)程序）循環(huán)程序 作法：作法： 把環(huán)型節(jié)拍的控制把環(huán)型節(jié)拍的控制模型模型按順序存放在內(nèi)存單元中，按順序存放在內(nèi)存單元中， 逐一從單元中取出控制模型并輸出。逐一從單元中取出控制模型并輸出。 節(jié)拍越多，優(yōu)越性越顯著。節(jié)拍越多，優(yōu)越性越顯著。 以三相六拍為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，以三相六拍為例進(jìn)

17、行設(shè)計(jì)， 其流程圖如圖其流程圖如圖4 44747所示。所示。 微機(jī)控制技術(shù)圖圖4 447 47 三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖 P137P137微機(jī)控制技術(shù)ROUTN2ROUTN2LOOPLOOP0 0LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)ORGORG8100H8100HROUTN2ROUTN2：MOVMOVR2R2，COUNTCOUNT；步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)；步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)LOOP0LOOP0： MOVMOVR3R3，#00H#00HMOV DPTRMOV DPTR，#POINT#POINT；送控制模型指針；送控制模型指

18、針JNBJNB00H00H，LOOP2LOOP2；反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)；反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1： MOVMOVA A，R3R3；取控制模型；取控制模型MOVCMOVCA A，A+DPTRA+DPTRJZJZLOOP0LOOP0；控制模型為；控制模型為00H00H，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)LOOP0LOOP0MOVMOVP1P1，A A；輸出控制模型；輸出控制模型ACALLACALLDELAYDELAY；延時；延時INCINCR3R3；控制步數(shù)加；控制步數(shù)加1 1DJNZDJNZR2R2，LOOP1LOOP1；步數(shù)未走完，繼續(xù)；步數(shù)未走完，繼續(xù)RETRET圖圖4-474-47所示三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制程序如下：所示三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制程序如下：微機(jī)控制技術(shù)443 步進(jìn)電進(jìn)電機(jī)與與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)微機(jī)控制技術(shù)LOOP2LOOP2： MOVMOV A A，R3R3；求反向控制模型的偏移量；求反向控制模型的偏移量 ADDADD A A，#07H#07H MOV MOV R3 R3，A A AJAMP AJAMP LOOP1 LOOP1DELAYDELAY： ；延時程序；延時程序 POINTPOINT DB DB01H,03H,02H,06