步进电机驱动电路设计解析
步进电机驱动电路设计解析
步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。
偶尔从某些旧设施上取下的步进电机(这类电动机通常沒有毁坏)要改作它用，通常需自身布置控制器。 深圳锐特机电技术有限公司位于广东深圳，是一家集研发、生产、销售步进电机驱动器、伺服驱动器、步进电机、伺服电机和主轴伺服电机产品于一体的步进电机厂家。产品广泛应用于数控机床、铣床、包装、印刷、纺织、电脑绣花、雕刻机、医疗机械、缝纫机、物流等自动化控制领域和智能制造行业。公司在经营过程中始终坚持创新、品质至上，为顾客提供高性价比的产品，同时为广大新老客户提供定制服务，
1. 步进电机的设计原理
该步进电机为一四相步进电机，选用单化学性质直流电源配电。要是对步进电机的各相绕阻按适合的时序接电源，就能使步进电机步进旋转。图1是该四相反应式步进电机设计原理结构图。
图1 四相步进电机步进结构图
开使时，旋钮SB接入电原，SA、SC、SD断掉，B相磁极和转子0、3号齿居中，一起，定子的1、4号齿就和C、D相绕阻磁极造成错齿，2、5号齿就和D、A相绕阻磁极造成错齿。
当旋钮SC接入电原，SB、SA、SD断掉时，因为C相绕阻的磁场和1、4号齿中间磁场的功效，使定子旋转，1、4号齿和C相绕阻的磁极居中。而0、3号齿和A、B相绕阻造成错齿，2、5号齿就和A、D相绕阻磁极
造成错齿。先后类推，A、B、C、D四相绕阻轮着配电，则定子会顺着A、B、C、D方位旋转。
四相步进电机依照接电源次序的不一样，可分成单四拍、双四拍、八拍几种工做方法。单四拍与双四拍的步距角相同，但单四拍的旋转扭矩小。八拍工做方法的步距角是单四拍与双四拍的一大半，因而，八拍工做方法既能够维持较高的旋转扭矩又能够提升线性度。
单四拍、双四拍与八拍工做方法的电原接电源时序与波型各自如图2.a、b、c如图：
图2.步进电机工做时序波形图
图3 步进电机控制器体系电路原理图
AT89C2051将操纵脉宽从P1口的P1.3～P1.2輸出，经74LS14反相后进到9014，经9014变大后操纵光电开关，光学防护后，由功率管TIP122将差分信号开展电流和交流电变大，控制器步进电机的各相绕阻。使步进电机随之不一样的差分信号各自作正转、翻转、加快、降速和终止等姿势。图中L1为步进电机的一相绕阻。AT89C2051采用頻率22MHz的晶振，采用较高晶振的目地是以便在方法2下尽可能减少AT89C2051对上位机差分信号期限的危害。
图3中的RL1～RL4为绕阻内电阻，50Ω内阻就是外接内阻，起限流功效，都是1个改进电路时间常数的元器件。D1～D4为续流二极管，使电动机绕阻造成的反电动势根据续流二极管(D1～D4)而损耗掉，进而维护了功率管TIP122没受毁坏。
在50Ω外接内阻上串联1个200μF电感，能够改进引入步进电机绕阻的交流电脉冲前沿，提升了步进电机的高頻特性。与续流二极管串连的200Ω内阻可减少电路的蓄电池充电时间常数，使绕阻中交流电脉宽的后沿变陡，交流电下降时间缩小，也具有提升高頻工做特性的功效。
2.软件开发
该控制器依据拨码开关KX、KY的不一样组成有几种工做方法备选：
方法1为终断方法：P3.9(INT1)为步进脉宽键入端，P3.2为正翻转脉宽键入端。上位机(PC机或单片机)与控制器仅以2条线相接。
方法2为串行通信方法：上位机(PC机或单片机)将操纵指令发给控制器，控制器依据操纵指令自主进行相关操纵流程。
方法3为拨码开关操纵方法：根据K1～K5的不一样组成，立即操纵步进电机。
成为电或按住复位键KR后，AT89C2051先检验拨码开关KX、KY的情况，依据KX、KY 的不一样组成，进到不一样的工做方法。下列得出方法1的程序流程框图与源程序。
在系统的定编中，要需注意步进电机在调速时的解决。为使步进电机在调速时要线性衔接，甚至造成错步，应在每步中设定标志位。列举20H模块的诸位为步进电机正转标志位;21H模块诸位为翻转标志位。在正转时，不但给正转标志位赋值，也一起给翻转标志位赋值;在翻转时也这般。那样，当步进电机调速时，就能够上多次的部位做为终点反向运动，防止了电动机调速时造成错步。
图4 方法1程序框图
3.步进电机分类光耦电路
以便对步进电机的相电流开展操纵，进而超过分类步进电机步距角的目地，大家曾布置了很各种步进电机的分类光耦电路。随之小型计算机的发展，非常是片式电脑的出現，为步进电机的分类控制器产生了便捷。现阶段，步进电机分类光耦电路大部分都选用单片微机操纵。单片机依据规定的步距角测算出各相绕阻中根据的电流值，并輸出到数模转换器(DPA) 中，由DPA 把数子量变换为相对的模似电流，历经环状调节器加进各相的功放电路上，操纵功放电路给各相绕阻通以相对的交流电，来保持步进电机的分类。单片机操纵的步进电机分类光耦电路依据末级功放管的工作态度可分成放大中型和旋钮型二种(见图为5)。
图5 步进电机分类光耦电路
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