步进电机微机控制(数字传动)

CCW: SETB P1.1 ;发出反转电平信号
CLR P1.0 ;输出低电平，为脉冲的正跳变准备条件
LCALL DT ;调用延时子程序
SETB P1.0 ;输出高电平,产生脉冲正跳变
RET
;返回
DT: NOP
；延时子程序
NOP
RET
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二、并行控制
在并行控制中，微机通过数条并行口线，直接发出多相 脉冲波信号，再通过功率放大后，送入步进电动机的各相 绕组。这样就不再需要脉冲分配器。脉冲分配器的功能可 以由微机用纯软件的方法实现，也可以用软件和硬件结合 的方法实现。 1.纯软件方法(采用五相十拍工作方式)
(CP)、正／反转方向信号Leabharlann BaiduCW／CCW)、半步／全步信号(半 步相应了单双拍)综合以后，产生合乎要求的各相通断信号。
➢ 斩波器:由比较器、触发器和振荡器组成。用于检测电
流采样值和参考电压值，并进行比较。由比较器输出信号来 开通触发器，再通过振荡器按一定频率形成斩波信号。
➢ 输出逻辑：它综合了译码器信号与斩波信号．产生A、
走步脉冲的产生方法很简单，只要先对P1.0进行清零， 过一会儿再进行一次置位就可以了。
由于任何脉冲分配器对触发脉冲的最小脉宽都有一定的 要求，所以在清零和置位之间插入的延时时间应有适当的 长度。
设P1.1=0(低电平)时为正转驱动，脉冲分配器在走步 触发脉冲发生正跳变时改变输出状态，则正转一步的驱动 程序如下：
用微机实现脉冲发生、脉冲分配和方向控制，再加 上给步进电机提供驱动电路，就构成了步进电机的微机 控制系统。
1.脉冲序列的生成
脉冲用周期、脉冲 高度、接通和断开电 源的时间来表示。
单片机控制步进电机 步进实际是用单片机产 生一系列脉冲。
先输出一高电平（电机步进），接着利用软件 延时一段时间（到位），而后输出一低电平（停止 步进），再延时。延时长短由步进电动机的工作频 率决定。
2.双电压驱动电路
• 在低频段使用较低的电 压驱动，在高频段，使 用较高的电压驱动
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2.双电压驱动电路——高低电压驱动电路
电路中的电源电压E1是高压， 大约为80～150V，E2为5～
20V左右。其工作控制信号是 步进时一相所需的方波信号， 还有一个高压驱动控制信号
Vh。
电路中T1是高压电源的开关 管，T2是功率驱动管；D1是
二极管D组成，与门组成。
工作时，在与门的VIN端输 入步进脉冲方波，在Vm端输 入一个高频脉冲序列Vm，则
在与门的输出端产生一个受
控于VIN的间歇脉冲序列Vb，
该脉冲序列驱动功放管T，使 T处于高频开关斩波状态，而 在步进电机的绕组上产生如
图所示的电流iL。iL的大小由 电源E和高频脉冲序列的脉宽 TON确定。要保持iL的值不
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采用五相十拍运行状态。
即AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB-AB……
用纯软件的方法，首先要在微机的程序存储器中开辟一个 存储空间以存放这10种状态，形成一张状态表。
控制系统的应用软件按照电机正、反转的要求，顺序将状 态表的内容取出来送至8031的P1口。
假定从程序存储器的地址0FFOH处开始，用10个字节存 储五相十拍正转工作状态表；从程序存储器的地址0FFAH处 开始，用10个字节存储五相十拍反转工作状态表。再假定功 率驱动接口设计成反相放大，P1口线为低电平时绕组通电， 高电平时绕组断电，则存放状态表的ROM区有关单元的内 容如表所示。
低压电源E2的箝位二极管，
在T1导通时处于反向偏置而 截止，在T1截止时则由于正 偏而向电机的绕组提供低压电
源E2；D2是续流二极管，在
T1、T2都截止时向绕组提供
双电压功放电路的明显特
点是功耗较低，效率较高，高
频工作时有较大的转动力矩，
所以多用于中功率和大功率步
进电机中。
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3.斩波型驱动电路
双电压功率放大电路的缺点是在高低压连接处电流出现 高、低谷点，这样必然引起力矩在谷点时下降。而斩波型功 放电路可以克服这种缺点，并且能提高步进电机的效率和力 矩。
MOV P1, A
;送输出口
RET
电机反转的程序
MOV DPTR, #0FFAH ;反转状态表首地址
还可以逆行查表
CCWN: DEC R0
;反转-1
CJNE R0, #FFH,CW1 ;未退出正常范围，正常计数
MOV R0, #09H ;计数值退出正常范围修改指针 29
例：要求用8031的P1口输出A、B、C、D四相脉冲，以控 制四相混合式步进电机。（低电平时绕组通电）
7脚——三/四相选择：0—三相；1—四相
10、11、12、13——输出端
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•其中：3脚——脉冲输入端； 4脚——方向控制：0—反转；1—正转 5、6脚——工作方式选择：00—双三（四）； 01、10—单三（四） 11—六（八）拍 7脚——三/四相选择：0—三相；1—四相 10、11、12、13——输出端
B、C、D(1，3，2，4)四相信号以及禁止信号。控制信号用 来选择斩波信号的控制方式。当它是低电平时，斩波信号作 用于禁止信号；而当它是高电平时，斩波信号作用于A、B、 C、D信号。使能信号为低电平时，禁止信号及A、B、C、D 信号均被强制为低电平。
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三、步进电动机的驱动电路
由于步进电机的驱动电流较大，微机与步进电机的 连接需要专门的接口电路外，还需要加上功率放大电路。
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•CH250简介 CH250专用于三相步进电功机。可通过设置引脚l、2和
14、15的电平．按双三拍、单三拍、单双六拍，以及各有正、 反转．共六种状态工作。下图是使用CH250于三相六拍状态 的接线图。
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•L297简介 L297专用于两相或四相步进电动机。
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➢ 译码器(即脉冲分配器)：它将输入的走步时钟脉冲

f
60 转/ 秒 360
60 f ZN
转/秒
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一、串行控制
串行控制中，微机与步进电动机的功率接口之间只要两 条控制线：一条用以发送走步脉冲串(CP)，另一条用以发 送控制旋转方向的电平信号。 1.单片机串行控制的硬件
脉冲分配器的作用是将单路脉冲转换成多相循环变化的 脉冲。它有一路输入，多路输出。随着一个个脉冲的输入， 各路输出电压轮流变高和变低。
变，在提高E的同时，应减小
脉宽TON。
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第四节 步进电动机的定位控制
对步进电动机进行微机定位控制，有开环控制和闭环控制 两类。 1.开环控制：
开环控制时没有位置反馈，不需要光电编码器之类位置传感 器，因此控制系统的价格比较便宜。为了保证定位不出错，系 统设计时步进电机的驱动脉冲频率不能设计的太高，电机的机 械负载不能太重。 2.闭环控制
可以使系统设计得更便于微机控制。
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因为只有P1.0-P1.2上的数据对步进电动机的通电状态 有影响，于是EPROM的输入地址和输出数据可采用如下的 对应关系(输出线低电平时，绕组通电）：
输入：XXXXX000 XXXXX001 XXXXX010……XXXXX111
输出：XXXX1110 XXXX1100 XXXX1101……XXXX0110
四相八拍状态表
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……
MOV P1, #0F8H ;初始化P1口，A相通电
……
CW: MOV A, P1
;状态送A
RL A
;左循环移位
MOV P1, A ;送输出口，正转一步
RET
;
CCW: MOV A, P1 ;状态送A
RR A
;右循环移位
MOV P1, A ;送输出口，反转一步
RET 31
2.软、硬件结合的方法
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五相十拍状态表
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电机正转的程序
CW: INC R0
;正转+1
CJNE R0, #0AH,CW1 ;计数值不是10，正常计数
MOV R0, #00H ;计数值超过9，则清零回表首
CW1: MOV A, R0
;计数值送A
MOV DPTR, #0FF0H ;正转状态表首地址
MOVC A, @A+DPTR ;取出表中状态
803l的P1口用作信号输出，其中P1.3-P1.7均空置不用，
仅以P1.0-P1.2三条线接到一个EPROM的低三位地址线上，
可选通EPROM的8个地址单元，相应于8种状态。
EPROM的低四位数据输出线作为步进电动机ABCD各 相的控制线，硬件设计成低电平时绕组通电。
这样，EPROM作为一种解码器，通过其输入输出关系
功率放大电路的结构对步进电机的性能有很大的影 响。常见的驱动电路有：
1.单电压驱动 2.双电压驱动 3.斩波型驱动 4.集成驱动芯片
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1.单电压驱动电路
其中电机绕组A串有电阻Rs，使绕组回路的时间常数减小， 以便高额时电动机能产生较大的电磁转矩。Rs还能缓解电动 机的低频共振现象，图b中1是不串电阻Rs的，2是串电阻只s 并调高电源电压以保持绕组静态电流相同的；显然2比1好。 但Rs引起附加的损耗，故一般只适用于小功率步进电动机。14
2.旋转方向的控制
电动机旋转方向和内部绕组的通电顺序有关 以三相步进电动机为例（单三拍）： 正向旋转通电顺序：A—B—C—A 反向旋转通电顺序：A—C—B—A
旋转方向的控制
3.脉冲的分配
（1）软件实现
用软件通过微机输出控 制字实现。 例如：对三相六拍控制 方式，存 “输出字”在 计算机中，PA口按表的 规律送出控制信号，就 可以控制步进电机的各 相绕组依此通电，从而 控制步进电机按三相六 拍方式正转或反转。
通电绕组：A
AB B …… DA
这样，只要把803l中的某一寄存器认定为可逆计数器， 每次对它进行加一或减一操作，然后送P1口即可。脉冲分 33 配器的功能由软、硬件分但，CPU的负担减少了。
……
MOV R0, #00H ;R0为可逆计数器，初始值为零
MOV P1, R0 ;P1口初始化，电机初始定位
表 三相六拍控制方式状态字表
存储单元
PA口输出字
ADX1 ADX2 ADX3 ADX4 ADX5 ADX6
00000001 00000011 00000010 00000110 00000100 00000101
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3.脉冲的分配
（2）硬件实现——是使用脉冲分配器芯片，来进行通电换相 控制。
•8713简介
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•CH250简介 CH250专用于三相步进电功机。可通过设置引脚l、2和14、
15的电平．按双三拍、单三拍、单双六拍，以及各有正、反 转．共六种状态工作。下图是使用CH250于三相六拍状态的 接线图。
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2.单片机串行控制的软件
利用8031单片机的P1.1输出方向电平，P1.0输出走步 触发脉冲。
型号：PMM8713、MB8713、5G8713
属于单极性控制，用于控制三相和四相步进电机。
➢ 三相步进电机：单三拍、双三拍、六拍
➢ 四相步进电机：单四拍、双四拍、八拍
其中：3脚——脉冲输入端；
4脚——方向控制：0—反转；1—正转
5、6脚——工作方式选择：00—双三（四）；
01、10—单三（四）
11—六（八）拍
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CW: CLR P1.1 ;发出正转电平信号 CLR P1.0 ;输出低电平，为脉冲的正跳变准备条件 LCALL DT ;调用延时子程序 SETB P1.0;输出高电平,产生脉冲正跳变 RET ;返回
调用该子程序一次，电动机将正转一步；只要按一定的时间 间隔T调用这个子程序就可以使电动机按一定的转速连续转动。 若要电动机反方向转动，可调用如下的子程序：
第三节 步进电动机的微机控制
一、典型的步进电机控制系统的组成
变频信号源是一个脉冲频率由几Hz～几十kHz连续 变化的信号发生器，它为脉冲分配器提供脉冲序列。
脉冲分配器根据方向控制信号把脉冲信号按一定 的逻辑关系加到脉冲放大器上进行放大，以驱动步进电 机转动。
典型的步进电机控制系统的组成
二、步进电动机的微机控制系统组成
斩波型功率放大电路有两种： （1）斩波恒流功放电路：应用较广泛，但电路结构复杂， 它采用电流反馈来限定步进电机的绕组电流，使之保持在一 定的范围内。例如：L297。 （2）斩波平滑功放电路：没有电流采样和反馈，但也可 使绕组电流在一定范围内不变。
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斩波平滑功放电路
由电机绕组L、绕组电阻RL、 功放管T、泄放回路电阻Rd、
闭环控制则要采用光电编码器之类位置传感器将电动机的实 际位置反馈给计算机，万一步进电动机失步，计算机发现电动 机的实际位置没有达到给定值，就补发脉冲，直到电动机的实 际位置和给定值一致或相当接近为止。
对步进电动机进行控制时，控制方法可分为串行控制和并行 控制两类。
20
n
N

f度/ 秒 N