一种基于TMP93CS41的步进电动机驱动设计方案
基于DSP 的自诊断步进电机控制系统
基于DSP的自诊断步进电机控制系统符晗，覃嘉恒，刘电霆（桂林工学院电子与计算机系，广西桂林 541004）【摘要】本文介绍了一种的新型的步进电机控制系统，采用DSP作为控制器，构建步进电机的驱动系统，并在此基础上实现细分角度和电流的实时运算。
利用其片内集成的事件管理模块通过软件实现脉宽调制。
提高了系统控制性能，实现步进电机步距角的高精度、连续细分驱动。
同时通过振动信号的分析对电机轴承进行故障诊断。
综合利用了包络检波和对FFT 频谱分析法，有效提高系统的实时性和测量精度，并实现了步进电机在运行中瞬时故障的实时监测和报警。
【关键字】DSP包络检波 FFT 步进电机PWM【中图分类号】TP273【文献标识码】A一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的控制电机，在数字控制系统中作为执行电动机，由专门的、可以产生一定频率、功率和时序的电脉冲的驱动器驱动。
DSP （Digital Signal Processor）— TMS320LF2407芯片作为一款定点DSP控制器尤为适合于控制系统，其所包含的事件管理模块，可较为容易的产生PWM脉冲信号，采用其作为控制核心，构建步进电机的驱动系统，极为方便的实现电机数字化控制。
本文提出了一种基于TMS320LF2407的步进电机控制系统，它与传统的单片机控制相比，能大大提高数据处理能力，更能满足实时性和控制精度的要求，并在此基础对步进电机进行故障诊断，实现在步进电机在运行中瞬时故障的监控和报警。
二、系统总体设计本系统总体是由电机控制模块和自诊断模块两部分组成，整个电机控制区模块分为四个部分组成：DSP中央控制器，步进电机及驱动，光电编码器，键盘及液晶显示部分等组成。
电机控制模块的设计如图1所示，在这个系统设计中，由键盘设定给定转速(位置)，通过中央控制器TMS320LF2407来产生PWM脉冲信号来控制步进电机的转速(位置),可以采用光电编码器对步进电机的转速（位置）进行采样检测实现闭环控制，也.可以采用开环控制无需转速（位置）信号，以上过程中的多个变量、参数可以在液晶显示屏上得到直观地反映。
基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统设计
基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统设计步进电动机是一种运动精度高、控制方便的电动机。
在很多应用中，需要使用步进电动机进行精确的位置控制，因此设计一个基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统非常有意义。
本文将设计一个基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统的原理、硬件电路和软件设计方案，并进行详细的说明。
1.原理步进电动机通过依次在不同的相上加电来实现精确的旋转运动。
控制步进电动机的主要原理是通过改变控制相的顺序和频率来控制电动机的转向和运动速度。
在本设计中，我们将使用四相步进电动机，即控制电动机旋转需要改变四个相的状态。
2.硬件电路设计硬件电路主要包括：电源电路、单片机模块、驱动模块和步进电动机模块。
（1）电源电路：为步进电动机和单片机提供适当的电源电压和电流。
（2）单片机模块：使用AT89C51单片机作为主控制器，通过引脚控制驱动模块的工作状态。
（3）驱动模块：用于驱动步进电动机，可选择使用L298N或ULN2003驱动芯片。
（4）步进电动机模块：包括四相步进电动机和相应的接线。
3.软件设计方案（1）初始化：设置单片机工作模式、引脚方向和初始状态。
（2）编写驱动程序：根据步进电动机的相序进行编写，并通过控制相的芯片来控制电机的转向和运动速度。
（3）编写控制程序：通过按键或外部信号触发，调用相应的驱动程序来实现步进电动机的控制。
（4）编写显示程序：通过液晶显示屏或LED灯等方式显示步进电动机的状态，方便用户了解电动机的运行情况。
4.系统功能和特点本控制系统具有以下功能和特点：（1）精确控制：通过改变相序和频率控制电动机的转向和运动速度，实现步进电动机的精确控制。
（2）高效稳定：采用AT89C51单片机作为主控制器，具有高效、稳定的运行特性。
（3）灵活可扩展：可以根据实际需求添加外部输入或输出模块，实现更多功能的扩展。
（4）易操作性：可以通过按键或外部信号触发，方便用户进行操作和控制。
一种基于TMP93CS41的步进电动机驱动系统设计
（ ） 有供 截 止 期 间释 放 电流 流 通 的 回 路 ， 以 ２具
ｓｇｎ ｉ
１ 硬 件 电路 组成
１ １ Ｍ ＣＵ ．
降低 绕组 两端 的反 向 电动 势 ，加 快 电流 衰减 。
（ ） 有 较 高的 功率 和效 率 。 ３具
驱动 电路采 用 了一种 专 用 的两相 步 进 电动机 驱 动 芯片 ＭＴＤ２ ０ Ｆ。其 内 桥输 入和 恒 流斩 波 功能 ；只需连 接少 量 的外 部元 件 ，就 可 达 到 恒 流 驱 动 的 效 果 。 图 １是 ＭＴ ０ ３ Ｄ２ ０ Ｆ内部 双 相 驱 动 电路 中 的 其 中一 相 绕 组 的驱动 原理 简 图 。 图 １ ａ是 斩波驱 动 的 原 理 图 。Ｑ１是 一个 高 频 （）
１ ２ 驱动 电路 设计 ．
对 步 进 电动 机 的驱 动一 般有 如下 要 求 ： （） １ 能够提 供 较 快 的 电流 上 升 和 下 降速 度 ，使
电流 波形 尽量 接近 矩形 。
过 给 定 电压 Ｕ 的值 时 ，比较 器 输 出低 电平 ，使 与
门输 出 电平 ，Ｑ１截 止 ，电源 被 切 断 。当取 样 电阻
ＬＵＯ ｉｎ ｍｉｇ，ＧＥ Ｌ ａ ｇ ｑ ａ Ｊａ — ｎ ｉｎ — ｕ ｎ， ＱＩ Ｈｕ － ｏ ｇ Ｕ ａｄ ｎ
（ ｌｅ ｅｏ ｐ ｉｄ Ｎ ｕ ｌａ ｃ ｎ ｌ ｇ ＆ Ａｕ ｏ ａ ｉｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ， Ｃｏｌｇ ｆＡｐ ｌ ｃｅ ｒＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｅ ｔ ｍ ｔ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｏ
一
种基于 Ｔ ９Ｃ ４ ＭＰ Ｓ １的步 进 电动 机 驱 动 系统 设 计 ３
罗健 明 ， 葛 良全 ，邱 化 冬
（ 成都 理工大学应用核技 术与 自动化工程学 院，成都 ６０５） １ ０ ９
基于PI自适应法的无速度传感器异步电动机矢量控制系统
2
电工技术学报
2002 年 2 月
常重要 。 根据异步电机方程 , 可以推出电压型转子磁链 模型和电流型转子磁链模型表达式 电压模型 Ψr =
～
z— — — 补偿信号
从式 ( 5) 中可以发现 z 分别取 0 或 y 时 , 其改进 积分环节可分别视为低通环节和纯积分环节 。因此 适当的调整补偿量 , 可以使此改进型积分环节起到 介于纯积分环节和低通滤波器之间的作用 。本系统 β 坐标系下 , 其结构 中采用上述磁通观测器 , 在α 2 图如下 :
第 17 卷第 1 期
电工技术学报
2002 年 2 月
基于 PI 自适应法的无速度传感器 异步电动机矢量控制系统
Speed Sensor2less Vector Control System of Induction Motor Based on PI Adaptive Mechanism
王文森 李永东 王光辉 陈 杰 李明才 ( 清华大学电机工程系 100084)
ωc — 式中 — — 高通滤波器
x— — — 系统的输入 y— — — 系统的输出
1/ s — — — 纯积分环节
也就是说用滞后环节 TL / ( 1 + TL s ) 代替上式中的 积分项 , 由此带来的幅相误差可以用转子磁通参考 值 Ψr3 来加以补偿 , 从而得到改进电压型转子磁 链观测模 Ψr TL e r Ψr = + 1 + TL s 1 + TL s
Keywords : Flux observer Speed estimator Dynamic Steady Robustness
1 引言
无速度传感器技术的运用 , 一方面可以完成高 性能控制中对速度闭环的需要 , 另一方面又减少了 由安装速度传感器而引起的系统硬件复杂性上升和 可靠性下降 。在所有异步电动机无速度传感器的控 制策略中 , 磁通的观测及其准确控制尤为重要 。但 是由于目前所有磁通或速度观测器都或多或少地依 赖于电机参数辨识的准确性 , 因此提高电机控制策 略的鲁棒性是研究异步电动机控制系统的关键 。在 异步电动机的参数中 , 转子电阻由于温升和饱和的 效应 , 相对于定子电阻和感抗而言变化较快 , 有时
一种步进电机驱动控制方案的 实现
一种步进电机驱动控制方案的实现冯仙群1 叶斌元1 陈新军21 广东机电职业技术学院（510515）2 信息产业部电子第五研究所（510610）Realization of the Driving and Controlling of Step MotorsFeng Xianqun Ye Binyuan Chen xinjunGuangDong Vocational College of Mechanical & Electrical TechnologyNo.5 Electronics Reseach Institute of Information Industrial Ministry摘 要：针对55BF009型步进电机，设计出了该步进电机的驱动电路，并利用计算机的打印机并口实现对其的控制。
实验表明该方案简单易行，并具有良好的可靠性。
关键词：步进电机驱动电路并口Abstract: This paper describes the driving circuit used in the discrete components for the step motor of 55BF009 and the controlling of the step motor using the computer's parallel interface. The experiment indicates this scheme is easy and highly reliable.Keywords:Step motor Driving circuit Parallel in-terface步进电机广泛应用于各类机电产品当中，是一种重要的控制执行元件。
因为它是以脉冲信号进行控制，因此更适应现代化的数字控制技术的发展需要。
对于小功率的步进电机，通常有专门的驱动芯片进行驱动，外围电路也非常简单。
但是对于中功率或大功率的步进电机就需要根据各自的参数进行相应的设计。
基于P89LPC935的四相步进电机细分驱动器设计
．
收 稿 日期 ：０ ８０．Ｏ ２０ ． １ ６
７ ８
＿２０ ０８年
控制町根据应用需要 ， 选择端 口电平 、 串口通信 、 ｃ接 口通信等多种方式 ， Ｉ ２ 具有较高的实用价值 。
出， 的 Ｉ 它 ／ １ ０ ３可配 置为 准双 向 、 推挽 、 为输 入 和开 漏 ４ 仅
种模式 ， 具有最大 ２ Ａ电流驱动能力 ， ０ｍ 虽然工作 电压为
２７ ． 但 Ｉ 口在开 漏模 式 下可 承受 ５ｖ电压 ， ． —３６Ｖ， ／ Ｏ 与其 它电路接 口方便 ， 使用十分灵活ｎ ］ 卫。
的控制方式均采用 Ｐ ＷＭ恒流控制。这种控制方式电源效率高、 系统温升低、 适用电压范围宽， 优点十分显
著； 但其驱动 电路复杂， 生产成本高， 用于驱动小功率步进 电机 ， 驱动器 的价格往往数倍 于电机的价格 ， 这在
很大 程度 上 限制 了它 的应用 。 ８Ｉ Ｃ３ ９． ９５是 Ｐ ＩＩＳ推 出 的新 型 ８Ｃ １ Ｐ ＨＬＰ ０ ５ 指令 兼容 单
１ 细分 驱 动原 理
步进 电机 的驱 动 ， 实质是 通过 开关步 进 电机各 相 的 电流 ， 其定 子 中产 生 一 个旋 转 的磁 场 ， 动 中 间 其 在 带
的转子实现同步转动。在步进电机的常规驱动 中， 电流为恒压或恒流供电， 相 在开关供 电状态下 ， 相电流 的 变化是电阻和电感串联的瞬变过程 ， 由此产生的旋转磁场是一个脉动变化的磁场 ， 导致电机运行时的震动和
运 行噪音 。
关 键词 ：８Ｌ Ｃ ３ ； Ｐ ９ Ｐ ９５ 步进 电机 ； 细分驱动器
基于dsp的直线步进电机控制系统的设计本科学位论文
毕业设计/论文课题名称基于DSP的直线步进电机控制系统的设计院系机电与自动化学院专业班级自动化1201班学生姓名王笑琴武昌首义学院基于DSP的直线步进电机控制系统的设计摘要本文在直线步进电机的基本结构、原理与特性的基础上，着重分析两相混合式直线步进电机的结构、磁链及工作原理。
根据两相混合式直线步进电机绕组的通电特点和脉冲步进控制方法，采用以DSP为核心的控制单元，以具有细分功能的两相步进电机驱动专用芯片A3977SED作为功率驱动器件，对两相混合式直线步迸电机提出了总体控制方案，并分别就控制系统技术方案、硬件电路、控制软件设计等技术内容进行了详细的分析和研究。
本设计以典型电机微控制器TMS320F28xx芯片为控制核心，采用反馈和开环控制相结合方式。
阐述了如何利用TMS320F28xx实现电机转向、速度控制，具有较好的运行效果，可获得近似于伺服电机的性能，具有较高的性价比。
关键词：直线步进电机；DSP；控制系统；TMS320F28xxModern Design of linear stepper motor control system based on DSPAbstractOn the basis of the basic structure, principle and characteristic of linear stepping motor, the structure, flux and working principle of the two phase hybrid linear stepping motor are analyzed.According to the two phase hybrid linear step into the motor winding energized characteristics and pulse step control method, with DSP as the core control unit, to two-phase step with a functional subdivision of the stepping motor drive IC A3977SED as a power drive part, the two-phase hybrid linear stepping motor proposed overall control scheme and control system technology, hardware circuit and control software design were analyzed and studied in detail by using.This design takes the typical motor micro controller TMS320F28xx chip as the control core, uses the feedback and the open loop control combination way. This paper describes how to use TMS320F28xx to achieve the motor steering and speed control, and has a good running effect. It can obtain the performance of the servo motor and has a high performance price ratio.Key words:linear stepper motor; DSP; control system; TMS320F28xx目录1 绪论 (1)1.1 直线步进电机的特点及控制方式 (1)1.2.1 直线步进电机的特点 (1)1.2.2 直线步进电机控制系统的实现 (1)2 两相混合式直线步进电机原理 (3)2.1 直线步进电机简介 (3)2.2 直线步进电机的结构及其工作原理 (3)2.3 直线步进电机驱动电路原理分析 (5)3 直线步进电机控制系统硬件设计 (6)3.1 控制系统硬件组成 (6)3.2 控制器 (6)3.3 TMS320F28xx概述 (7)3.4 驱动器 (8)3.5 总体设计 (11)3.6 硬件组成 (11)4 直线步进电机控制系统软件设计 (13)4.1 PWM脉冲序列的产生 (13)4.2 步进电机的控制 (13)4.3 程序设计 (14)5 总结 (20)主要参考文献 (21)致谢 (22)绪论1 直线步进电机的特点及控制方式1.1 直线步进电机的特点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器件。
基于单片机的步进电机均匀细分驱动器的实现
基于单片机的步进电机均匀细分驱动器的实现
林海波
【期刊名称】《自动化仪表》
【年(卷),期】2004(025)009
【摘要】通过合理选择步进电机相绕组细分电流波形,提出并介绍了基于
AT89C51单片机控制的斩波恒流均匀细分驱动方案及实现技术.运行结果表明所设计的驱动系统具有细分精度高、运行平稳且噪声小、功耗低、可靠性好、性价比高等优点.
【总页数】4页(P60-63)
【作者】林海波
【作者单位】长春工程学院信息工程系,长春,130021
【正文语种】中文
【中图分类】TH16
【相关文献】
1.步进电机恒力矩均匀细分驱动器的设计与实现 [J], 林海波
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3.步进电机均匀细分驱动器的设计与实现探讨 [J], 秦维
4.基于SOPC的四相步进电机均匀细分驱动器的实现 [J], 周磊;成开友
5.基于SOPC的四相步进电机均匀细分驱动器的实现 [J], 周磊;成开友
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＼
每相输入一个脉冲，步进 电动机旋转 ｌ。（ ５ 设步进
Ａ相 ／ 相 Ａ Ｂ相
／ Ｂ相
电动机步距角为 １。 。当步进 电动机按表 ｌ的时 ５）
序通 电时 ，电动机 正转 。
， ＾
２ 硬 件 电路 组 成
Ｂ
２ １ ． ＭＣＵ
（ ｈ ｎ ｄ ｎｖｒｉ ｆ ｅ ｈ ｏ ｇ ，Ｃ ｅｇ ｕ６ ５ Ｃ ｅｇ ｕＵ ｉｅｓｙｏ ｃ ｎｌ ｙ ｈｎ ｄ ０ ９，Ｃ ｉａ ｔ Ｔ ｏ １ ０ ｈｎ ）
ＡＢ ＴＲＡＣＴ ：Ｔ ｅ ｔ ｅ ｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｄ ｖｎ ｅ ｉｎ ｐ ｏ ｏ ａ ｆ ｓｅ ｐ ｎ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ Ｓ ｈ ｈ ｓｓ ｎ ｒ ｕ ｅ ｈ ｒ ｉ ｇ ｄ ｓｇ ｒ ｐ ｓ ｌ ｏ ｔｐ ｉ ｇ ｍｏ ｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ＭＣ ｏ ｉ Ｕ Ｔ ９ Ｃ ４ ｆＴ Ｓ ＢＡ Ｃ ｍｐ ｎ ． Ｔ ｅ ｄ ｓ ｒ ｐ ｓ ｆ ｓ ｆ ａ ｅ ａ ｄ ｈ ｒ ｗ ｒ ｓ ｄ ｓ ｒ ｅ ｍ— ＭＰ ３ Ｓ １ ｏ Ｏ ＨＩ ｏ ａ ｙ ｈ ｅ ｉ ｐ ｏ ａ ｏ ｏｔ ｒ ｎ ａ ｄ ａ ｅ ｗａ ｅ ｃ ｂ ｄ ｅ ｎ ｇ ｏ ｌ ｗ ｉ
罗健 明 ，葛良全 ，邱化冬
（ 成都理工大 学 应用核技术 与 自动化工程学 院，成都
、
６ ０５ ） １０ ９
摘
要 ：介绍 了一种 以 Ｔ ９ Ｃ４ ＭＰ３ Ｓ １为核 心 的步进 电动机 驱 动 设计 方 案 的软 硬 件 电路 设 计 ，并 给
出了部分主要的驱动程序代码。实验结果证 明了所提方案的有效性。
ＫＥＹ ＯＲＤＳ： Ｓ ｅ ｐ ｎ ｔ ｒ Ｔ ９ ＣＳ １； Ｃ ｏ ｐ ｒ ｄ ｖｎ Ｗ ｔ ｐ ｉ ｇ ｍｏｏ ； ＭＰ ３ ４ ｈ ｐ ｅ ｒ ｉ ｇ； Ｅ ｐ ｒ ｎ ｉ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｉ
１ 概
述
时 ，步进电动机将正转 ，当绕组通 电顺序变为 １ — ８ ７ ６ ５ ４— — — — — — ３ ２时 ，电动机将反转。
表 １ 相 信 通 电 时序 表
本文以两相步进 电动机为例 ，介 绍其运行原 理 。图 １为两 相步进 电动 机 的接线 图 。两 个绕 组 的
四端接驱 动 电源 ，分别 为 Ａ、／ Ａ、Ｂ Ｂ 、／ 。依 次对
相名
数
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８
Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｌ Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｌ Ｌ
关键 词 ：步进 电动机 ；Ｔ ９ Ｃ ４ ；斩波 驱动 ；程 序 ；实验 ＭＰ３ Ｓ １
Ｄｒｖ ｎ ｃ ｅ ｅ ｏ ｔ ｐ ｉ ｇ ｍ ｏ ｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ＴＭ Ｐ ３ ４ ｉ ｉ ｇ ｓ ｈ ｍ ｆｓｅ ｐ ｎ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ９ ＣＳ １
Ｌ ＯＪ ｎｍｉｇ ＥＬａｇｑａ ，Ｑ ＵＨ ａｄｎ Ｕ ｉ — ｎ ，Ｇ ｉｎ—ｕｎ ｉ ｕ—ｏｇ ａ
收 稿 日期 ：２０ －２２ ０ ６０ －１
． －— —
个 串行通讯 口、８个 １ ０位 Ａ Ｄ转换器 、２ ／ ９个 中 断。Ｔ Ｐ ３ Ｓ １ Ｍ ９ Ｃ ４ 除了正常的工作模式外 ，还具有 ３
种低 功 耗模式 。
２ ２ 驱 动 电路 设计 ．
对步 进 电动机 的驱 动一般 有如 下 的要 求 ：
维普资讯
微 电机
２０ ０ ７年
第４ ｏ卷
第 ２期 （ 总第 １ ８期） ５
中图分类号 ：Ｔ ３ ３ ６ Ｍ ８ ．
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ －８ ８ ２ ０ ）２０ ８ － ０ １ ４ （０７ ０ －０４０ ６ ４
一
种 基 于 Ｔ ９ Ｓ １的步进 电动 机 驱 动 设 计 方 案 ＭＰ ３ ４ Ｃ
ｐ ａ ｉａｌ ｈ ｔｃ ｌ ｙ， ｐ ｏ ｉ ｅ ｒ ｆｔ ｅ ｍａｎ ｄ ｖ ｎ ｏ ｅ Ｔｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｅ ｆ ｄ ｔ ｅ ｖ ｉ ｉ ｆ ｔ ｅ ｒ ｖｄ ｄ ｐａｔｏ ｉ ｒ ｉ ｇ ｃ ｄ ． ｈ ｉ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｒ ｓ ｌｓ ｖ ｒｉ ｈ ａ ｄ ｔ ｏ ｈ ｉ ｉ ｅ ｌ ｙ ｐ ｐｏ ｅ ｃ ｅ ． ｏ ｒ ｓ ｄ ｓ ｈ ｍｅ
８ ．— ４ － —
维普资讯
一
种基于 Ｔ ９ Ｃ ４ ＭＰ ３ Ｓ １的步进电动机驱 动设计方案
罗健明
葛 良全
邱化冬
（ ）能够提供 较快 的 电流上 升 和下降速 度 ， １
使 电流 波形 尽量 接近矩 形 。 （ ）具 有 供 截 止 期 间 释 放 电 流 流 通 的 回 路 ， ２
间 、６ 个 ＩＯ 口、２个 ８位 定时 器 、２个 ８位 Ｐ １ ／ ＷＭ 定 时器 、２个 １ 定 时器 、１个 看 门狗 定 时 器 、２ ６位
图 １ 两向步进电动机接线图
表１ 中的 Ｈ代表单 片机输 出到步进 电动机相 应 口线的电平为高电平 ，Ｌ 代表低电平。当绕组通 电顺序为上表 中所示的 １ ２— ４— ６ ７ ８ — ３— ５…
Ｏ
『０ ，
以降低绕组两端的反向电动势 ，加快电流衰减。 （ ）具有较高的功率和效率。 ３ 步进电动机的驱动方式很多 ，如高低压驱 动、
Ｔ ９Ｃ４ 是一 款具 有 极 高性 价 比的 １ ＭＰ３ Ｓ １ ６位
Байду номын сангаас
ＭＣ 。其 功 耗 低 、存 储 容 量 大、集 成 度 高。 Ｕ
Ｔ ９Ｃ４ ＭＰ３ Ｓ １属于一 种 中低 端 的单 片 机 ，运 用灵 活 ，
具有 ２ｋ 字节的 Ｒ Ｍ、可扩展 １ Ａ ６Ｍ字节的地址空
Ａ