步进电机可变细分驱动系统的设计.2004

0.5 V， 1 V， 1.5 V， 2 V， 2.5 V。对应的数字信号为 19H， 33H， 4CH， 66H， 7EH。 只要在 89C51 的 P0 口以一定的时间间隔输出数据 19H "33H"4CH" 66H" 7EH 或者输出数据 7EH" 66H" 4CH" 则可以在 TLC7226 的 OUTA 端产生 0.5V " 1V " 33H" 19H， 1.5V"2V" 2.5V 或者 2.5V" 2V" 1.5V" 1V" 0.5V 的阶梯 信号比较， 比较器 波。这个阶梯波送到比较器 LM324 与 产生阶梯电流波对绕组 L 的输出再去驱动功率场效应管 T， 供电。 当 OUTA 输出的阶梯波处于某一个阶梯时。 被送到 而阶梯电压则送到 324 的正输入端。这两 324 的负输入端， 个电压在 324 中进行比较。这时正输入端的阶梯电压相当 于参考电压， 而 是被控电压。当 小于阶梯电压时， 比 从而流过 Re 的电 较器就会输出正电压， 使 T 导通程度增加， 流加大， 的电压值会上升。当 趋向并接近阶梯电压时， 比较器 324 的输出正电压就会减小， T 中的电流就会下降。 上述过程不断自动调节， 使 稳定于和阶梯电压接近的水 平上。这样步进电机的绕组的电流也就稳定在和 对应的 水平， 即产生一个稳定的阶梯电流波。
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刘 升
） （淮北煤炭师范学院 计算机科学与技术系，安徽 淮北
摘 要： 阐述了步进电机的细分驱动原理， 介绍了基于单片机控制的可变细分驱动电路的设计方法和设计中的相 关技术， 并给出简洁、 高效的步进电机驱动电路。 ； 关键词： 步进电机；可变细分驱动； 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （ ）
图 3 电流阶梯波 步进电机的电流阶梯波是由功放电路的输入控制信号 电压阶梯波产生的。因此在单片机控制的步进电机细分步 当单 进中， 产生电压阶梯波是一个关键。结合图 2 的电路， 片 机 89C51 把 数 据 00H， 19H， 33H， 4CH， 66H， 7EH 送 给 那么就可以通过功放电路在绕组中产生 0A， TLC7226， 1A， 2A， 3A， 4A 和 5A 的阶梯电流。子程序流程是： A 相导通、 B相 截止、 C 相截止"日相阶梯上升 " A 相阶梯下降 " C 相阶梯 上升" B 相阶梯下降" A 相阶梯上升 " C 相阶梯下降。以上 子程序反复执行， 就可实现细分驱动。 参考文献：
可变细分控制功率放大电路
细分控制原理 步进电机驱动线路， 如果按照电压脉冲的分配方式， 步 进电机各相绕组的电流轮流切换， 从而使步进电机的转子步 进旋转， 则步距角只有二种， 即整步工作或半步工作， 步距角 已由电机结构确定。 如果每次输入脉冲切换时， 只改变对应绕组中额定电流 的一部分那么转子相应的每步转动也只会是原有步距角的 一部分。额定电流分成多少个级别进行切换， 转子就以多少 步来转完一个原有的步距角。很明显， 通过控制绕组中电流 的数值 可以调整步进电机步距的大小， 也就是把步距角细 分成若干步来完成， 这种步进电机的控制方式称为细分控 制。 可变细分功率放大电路 节电费 元 （ ） 全年节电量和节电费估算 节电量 节电费 元 综合节电率 理论计算出的节电率与实际测算的节电率基本一致。
LIU Sheng
步进电机可变细分驱动系统的设计
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 刘升 淮北煤炭师范学院,计算机科学与技术系,安徽,淮北,235000 煤炭技术 COAL TECHNOLOGY 2004,23(10)
参考文献(4条) 1.余永权 单片机应用系统的功率接口技术 1992 2.王季秩 电机实用技术 1998 3.刘宝廷 步进电动机及其驱动控制系统 1997 4.李朝清 单片机原理及接口技术 1992
可变细分控制功放电路是一种能够实现不同细分控制 的功放电路。这种功放电路如图 所示。它由 电路、 放 比较放大电路和线性功放电路组成。 电路用于 大器 、 把来自单片机的数据转换成对应的模拟量 。放大器 把 放大成 ， 其目的是使单片机输出的最大数据为 时， 功放级输出的电流 恰好是步进电机的额定工作电流。在 实际中可以调节放大器的放大系数而取得。比较放大电路 能够把对绕组电流采样的电压 。和电压 比较， 并产生 送到功放管 的基极， 用于控制绕组 的电流 调整信号 。以大功率管 为核心组成的功率放大级把 信号转换 成电流。
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： 收稿日期： 作者简介： 刘升 （
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； 修订日期： ） ， 男， 实验师， 主要从事单片机和自控理论的实验与科研工作。・ ・ 26煤
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第 10 期
1.2.1 恒流原理 对应模拟电压为 ， 通过 当来自单片机的数据为 D ， 放大器之后为 。比较放大器和功率放大级组成一个闭环 调节系统。对应于 在绕组中的电流为 。如果有某种因 ［1］ ， 则有 !" !" （ - ） 素使绕组的电流下降 #" #" # 最后， 使绕组电流仍稳定于 。 很明显， 无论对应于任何一个数据 ， 都会在绕组中产 生一个恒定电流 。 1.2.2 瞬间响应 当 突然增大， 比如增大到 则通过 D / A 和放大器 A 之后， 其输出信号也相应从 增大到 。这样 （ - ） 也 就产生一个正跳变， 也产生一个正跳变。从而使绕组电流 迅速达到 ， 也即对应于数据 。其过程为 #" " # " #" #" 其后， 则下列过程恒流于 （ - ） !" !" #" #" # 瞬间响应也包括单片机输出的数据突然减小的情况。 由于比较放大电路对微小的差值信号有十分灵敏的放大作 用， 使绕组中的阶梯波电流无论上升还是下降都十分陡， 所 以有良好的高频特性。 1.2.3 细分控制 从单片机送来的数据是 8 位数据， 其值为 00H - FFH。 对应于十进制数是 0 ~ 255。在细分时， 要求每个阶梯的电流 差值相等， 这样就要求细分的步数必须能对 255 进行整除。 显然这时细分的阶梯只能为 3， 5， 15， 17， 51， 85 个。 在细分为 3 步时， 单片机每次突变的数据差值为 85， 即 每次突变的数据差值为 51， 即 33H。在 55H。细分为 5 步时， 细分为 15 步时。每次突变数据差值为 17. 即 11H。在细分 为 17 步时， 每次突变数据差值为 15， 即 OFH …， 其余类推。 很明显， 只要在细分控制中， 改变其每次突变的数据差值， 就 可以实现不同的细分控制。
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卷第 期 年 月
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步进电机可变细分驱动系统的设计
［1］ 李朝清 . 单片机原理及接口技术 ［ M］ 北京航空航天大 . 北京： 学出版社， 1992. ［2］ 刘宝廷 . 步进电动机及其驱动控制系统 ［ M］ 哈尔滨 . 哈尔滨： 工业大学出版社， 1997. ［3］ 王季秩 . 电机实用技术 ［M］ 上海科学出版社， . 上海： 1998. ［4］ 余永权 . 单片机应用系统的功率接口技术 ［ M］ 北京航 . 北京： 空航天大学出版社， 1992.
图
可变细分功放电路
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结束语
该矿主扇安装变频自动控制系统近一年， 运转稳定， 性
能良好， 矿井风量根据井下需要， 调整自如， 在今年春节前的 反风演习中， 反风时间比往年缩短了 。更主要的是近 的节电， 一年给煤矿带来了几百万元的经济效益， 矿山 反映良好。 变频控制技术， 不仅用于煤矿主扇， 在其他行业， 大凡使 用电机拖动， 又需根据需要变换电机功率的设备， 均可采用 该技术。对节省电能， 降低成本， 提高产品竞争力， 具有极其 重要的现实意义。
引言
步进电机是把脉冲信号转换成角位移的执行元件， 由于 其定位精度高、 惯性好、 启动性能好而得到了广泛应用。但 步进电机的性能依赖于驱动电路的控制方式。为了提高步 进电机的分辨率和控制精度， 或者为了降低电机振动、 噪声 等原因， 必须采用细分驱动技术。因此， 本文通过对步进电 机可变细分控制方法的分析和研究， 在选择了合理电路的基 础上， 设计了基于单片机控制的步进电机细分控制器， 实践 ［ ］ 。 证明该驱动器设计合理， 电路简单， 效果很好
2 单片机和步进电机的细分硬接口
由单片机控制的细分步进中， 通常用阶梯电压信号控制 功放管产生阶梯电流， 使步进电机的相绕组中的电流呈阶梯 形而实现细分步进。 阶梯波电压形成及接口方法如图 2 所示。单片机 89C51 的 P0 口和 TLC7226 相连， TLC7226 是一个 4 路 8 位 D / A 转换 器， 由 89C51 输出的数字信号经它处理之后输出与数字信号 对应的电压。这种对应关系实际上共有 256 个， 因为数字信 它为 0 ~ 255。数字信号为 1 时， 则 OUTA 端产 号共有 256 个， 数字信号为 255 （ 即 FFH） 时， 产生的电压 生电压为 0.0196V， 为 5 V。