43步进电机及其驱动电路
步进电机驱动电路
R11 R10 361x4
IC6 TCP521-4
1 io4 Vdd 16 2 io6 io2 15 3 o/i io1 14 4 io7 io0 13 5 io5 io3 12 6 inh a 11 7 Vee b 10 8 Vss c 9
+5V
13 1A
14 Vcc 12 1Y
Nc
11 5A
10 5Y
+15V
14
1
Vcc 1A
1Y
3
1B
2
E7 E12/47u25V +5V
IC9
5
NE555
C41
8 VCC 4 RST
R26
470u 35V
C7
103
7 DHE 3 OUT D1
2 TGR 5 CTL
3
4 2A 2Y 6 5 2B 9 1A 1Y 8
1B 10
C16
R27 333 D2
6 TSD 1 GND
78L15
2
PC6
47u
25V
E2
C2
47u
25V
E3
C3
47u
25V
PC3 PC3 47u 25V
PT3
1
Vin
Vout
3
GND
78L15
2
PC7
47u
25V
E4
C4
47u
25V
驱动/电源板: H2P-8AH.PCB
P
222
N
1kV
2
3 1/9 12
8 10/7
PD1
PT4
1
Vin
Vout
3
GND
步进电机控制及驱动电路的方案设计书
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 步进电机的控制及驱动电路设计初始条件：本设计既可以使用集成移位寄存器、驱动器、555定时器和必要的门电路，以及所需电阻、电容、二极管、三极管、开关等元件。
本设计也可以使用单片机系统构建步进电机的控制及驱动电路。
自行设计所需电源。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。
2、技术要求：①设计一个方波发生器提供系统时钟；②设计一个步进电机的驱动信号发生器，可以实现电机正转/反转控制和转速控制；③要求驱动器有足够的输出电流以驱动小功率4相步进电机；④要求可以实现步进电机的单相或双相激励；⑤确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，阐述基本原理。
⑥绘制总体电路原理图。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：1、2008 年 7 月 5 日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2008 年 7 月 5 日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。
2、2008 年 7 月 6 日至 2007 年 7月 7 日，方案选择和电路设计。
2、2008 年 7 月 8 日至 2007 年 7 月 10 日，电路调试和设计说明书撰写。
3、2008 年 7 月 11 日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
课设答疑地点：鉴主14楼电子科学与技术实验室。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1.步进电机原理 (2)1.1步进电机简介 (2)1.2步进电机原理及控制技术 (2)1.3 步进电机驱动方法 (2)1.4总体设计方框图 (3)1.5设计原理分析 (3)1.5.1元器件介绍 (3)1.5.2方案论证 (5)2硬件设计 (6)2.1控制电路 (6)2.2最小系统 (6)2.3驱动电路 (7)2.4显示电路 (7)2.5总体电路图 (8)3软件设计 (9)4程序编写 (9)5实验心得及体会 (17)参考文献 (17)1.步进电机原理及硬件和软件设计1.1步进电机简介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元步进电机件。
步进电机的驱动控制电路
绕组电 流小了， 输出转矩就会以12关系下降 1 21。此外， 在绕组电流截止时， 相绕组地两端 还会产生很高的反电动势。为提高步进电机 系统的性能和效率， 一般对驱动电路具有如 下要求: ①通电周期内能提供足够大的矩形波或 接近矩形波的电流。 ② 具有截止电流泻放回路， 以降低相绕组 两端的反电动势， 加快电流的衰减。 ③驱动电源效率高、功耗低， 运行稳定
蓄雾 蓄粼蹂。动路斩曝 盘瓷 严电 波 曹
，引言 步进电 机又称为脉冲电 它 机， 能将脉冲信 号变 换为 相应的角位移或直线位移， 输出 且 转 角、 转速与 输入脉冲的 个数、 频率有着严格的 同步关系川。由于步进电机能直接接受数字 量输入， 所以特别适合于微机控制。作为数字
控制系统中的重要执行组件， 步进电机广泛应 用于自 动指示装置、 数控机床、 计算机巡回检 测等多种领域中， 但一般数字电路的信号能量 不足以驱动步进电机， 因此需利用专门的电路 来驱动步进电机川。随着电力电子技术、自 动控制技术以及计算机技术的发展， 步进电机 驱动技术也得到 了 快速发展， 国内外对步进电 机驱动电路也进行了大量的研究和开发工作。
图3 高低压驱动
图1 步进电机驱动控制器
2 .2 工作要求 步进电机的励磁绕组是一个电感线圈， 其电感L 与励磁回路总电阻R 之比称为电机 驱动回路的时间常数 T ， T = L/ R 。当步 即 进脉冲频率较低时，的影响可以不考虑， ( 电 机每走一步， 其相电流基本可以达到最大值。 当步进脉冲频率较高时， 的影响不能忽略， T 因为电机绕组中的电流是按指数规律 上 升 的， 大约经过 3 r 一5 T 的时间， 电流才能达 到稳态值。当步进脉冲频率较高， 使绕组通 电时间小于 3(时， 电机绕组的各相电流 1就 没有机会达到最大值， 而电机的转矩 MOC12,
(整理)实用的步进电机驱动电路图.
实用的步进电机驱动电路(图)概述步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。
本设计选用第三种方案，用PMM8713三相或四相步进电机的脉冲分配器、SI-7300A 两相或四相功率驱动器，组成四相步进电机功率驱动电路，以提高集成度和可靠性，步进电机控制框图见图1。
图1 步进电机控制系统框图硬件简介● PMM8713原理框图及功能PMM8713是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器，适用于控制三相或四相步进电机。
控制三相或四相步进电机时都可以选择3种励磁方式，每相最小吸入与拉出电流为20mA，它不仅满足后级功率放大器的输入要求，而且在其所有输入端上均内嵌施密特触发电路，抗干扰能力强，其原理框图如图2所示。
图2 PMM8713的原理框图在PMM8713的内部电路中，时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入发。
PMM8713有两种脉冲输入法：双脉冲输入法和单脉冲输入法。
采用双脉冲输入法时，CP、CU两端分别输入步进电机正反转的控制脉冲。
当采用单脉冲输入时，步进电机的正反转方向由U/D的高、低电位决定。
激励方式控制电路用来选择采用何种励磁方式。
激励方式判断电路用于输出检测；而可逆环形计数器则用于产生步进电机在选定的励磁方式下的各相通断时序信号。
● SI-7300A的结构及功率驱动原理SI-7300A是日本三青公司生产的高性能步进电机集成功率放大器，该器件为单极性四相驱动，采用SIP18封装。
步进电机功率驱动级电路可分为电压和电流两种驱动方式。
电流驱动方式最常用的是PWM恒流斩波驱动电路，也是最常用的高性能驱动方式，其中一相的等效电路图如图3所示。
图3 LM331电压/频率变换电路● LM331芯片LM331是美国国家半导体公司生产的双列直插式8脚芯片，只需接入几个外部元件就可以方便地构成电压/频率(V/F)变换电路，电路如图4所示。
步进电机驱动电路设计
步进电机驱动电路设iti耍隧着数字化技术发展，数字控制技术得對了广泛而深入的应用。
步进电机是一种将数字信号直接转换成轴位務或线位務的控制腿动元件,具有快速起动和停止的特点。
S 为步进电动机组成的控翎系统结构简单，价招低廉，性能上能满足工业腔制的基本要求, 所以广泛地应用于手工业自动控翎、数控机床、组合机床、机器人、il算机外围设备、照相机，投影仪、像机、大型望远镜、卫星天线定位系貌、医疗器件以员各种可腔机MIR等等。
直流电机广泛应用于it算机外围设备（如硬盘、軟盘和光盘存棒器）、家电产品、医疗器械和电动车上,无刷直流电机的转子部普遍使用永龜林料组成的磁鋼, 并且在航空、航天、汽车、精密电子等行业也被广泛应用。
在电工设备中的应用，除了直浦电磁铁（直济继电器、直滾接触器等）外，最重要的就是应用在直济废转电机中。
在发电厂里，同步发电Hl的助脱机、蓄电池的充电HI 等，都是直流发电Hl；錯炉给粉机的原动机是直流电动机。
此外,在许多工业部门，例如大塑轧鋼设备、大型精密机床、矿井卷畅机、市电车、电缆设备要求严怡线速度一致的地方等，通常都果用直流电动机作为原动机来isaji作机械的。
直逍发电机通常是作为直流电源，向负裁输岀电能；a 潦电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负我输出机械能。
在控初系坑中, 直潦电机还有其它的用迩，例如测速电机、何服电机等。
他们都是利用电和磁的相互作用来实现向机械能能的转换。
介鉛了步进电机和直流电机原理及其驱动程序控初控制模块，通11 AT89S52单片机及脉冲分配器（R林逻辑转换器）L298完成步进电机和宜流电机各种运行方式的控制。
实现步进电机的正反转速18控制并且显示数振。
整个系筑果用模快化设计，结枸简单、可靠,通il按建控制，操作方便，节省成本。
关鍵词:步进电机，单片机控制,AT89S52, L297, L2981步进电动机11.1步进电机简介11.2步进电机分类22步进电机工作原理32. 1步进电HI结构32. 2步进电机的旋转方武3 3设计原理53.1硕件电路组成53.2步进电机控制电路53.2.1廿数器工作模成63.2.2定时器工作模式6 4步进电机驱朋电路设it 74.1驱动芯片L29774.2驱动芯片L29884.3權盘电路94.4显示电路105步进电机控制程序11 总给14致15参考文151步进电动机1.1步进电机简介步进电动#1是一种稱电脉冲信号转換成角位務或线位務的精密执行元件,由于步进电机具有控制方便、体枳小等特点,所以在数控系统!自动生产线!自动灿表!绘图机和计算机外围设备中需到广泛应用。
步进电机驱动电路的设计
U’o确定参考电位 o UI1和UI2两者都 UI1和UI2两者都 小于各自的参考电 压时，Uo=1， 压时，Uo=1，放电 管截止； 管截止； UI1和UI2两者都 UI1和UI2两者都 大于各自的参考电 压时，Uo=0， 压时，Uo=0，放电 管导通； 管导通；
V CC
RD 4
vIC
5
8
vI1
tW
T
脉冲周期T： 脉冲周期 ：在周期性重复的脉冲系列 两个相邻脉冲间的间隔时间。 中，两个相邻脉冲间的间隔时间。 脉冲频率f： 脉冲频率 ：单位时间内脉冲重复的次数 f=1/T。 。 占空比D：脉冲宽度与脉冲周期的比值 占空比 ： D=tw/T。 。
如何获得脉冲信号？ 如何获得脉冲信号？
利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号； 利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号；
典型的步进电机控制系统的组成
时钟电路
步进控制器——把输入的脉冲转换成环型脉冲 步进控制器——把输入的脉冲转换成环型脉冲， 把输入的脉冲转换成环型脉冲， 以控制步进电动机， 以控制步进电动机，并能进行正反转控制 功率放大器——把步进电动机输出的环型脉 功率放大器——把步进电动机输出的环型脉 冲放大， 冲放大，以驱动步进电动机转动
L297接线图与控制时序 L297接线图与控制时序
L298内部结构原理图 L298内部结构原理图
L298是一 是一 种双全桥驱动电 路，可用来驱动 各种小型直流电 机、两相双极步 进电机和四相单 极步进电机。 极步进电机。
L297和L298构成的步进电机控制系统 L297和L298构成的步进电机控制系统
0.9U m 0.1U m
tr
tf
上升时间t 脉冲上升沿从 脉冲上升沿从0.1Um上升到 上升到0.9Um所需的 上升时间 r:脉冲上升沿从 上升到 所需的 时间。 时间。 下降时间t 脉冲下降沿从 脉冲下降沿从0.9Um下降到 下降到0.1Um所需的 下降时间 f:脉冲下降沿从 下降到 所需的 时间。 时间。
步进电机及其驱动电路
第三节步进电动机及其驱动一、步进电机的特点与种类1.步进电机的特点步进电机又称脉冲电机。
它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。
每当输入一个电脉冲时，转子就转过一个相应的步距角。
转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比,并在时间上与输入脉冲同步。
只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向。
步进电动机具有以下特点：✍工作状态不易受各种干扰因素(如电压波动、电流大小与波形变化、温度等）的影响;✍步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零” ;✍由于可以直接用数字信号控制，与微机接口比较容易;✍控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”；✍不需要传感器进行反馈,可以进行开环控制;✍缺点是能量效率较低。
就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为以下三种：（1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance）,也叫反应式步进电动机（2）永磁（PM—Permanent Magnet）型（3）混合(HB—Hybrid）型（1）可变磁阻（VR—Variable Reluctance）结构原理：该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机.其结构原理如图3.5定子1上嵌有线圈，转子2朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁阻型。
图3。
6 可变式阻步进电机可变磁阻步进电机的特点：❖反应式电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力；❖需要将气隙作得尽可能小,例如几个微米；❖结构简单，运行频率高，可产生中等转矩,步距角小（0。
09~9°）❖制造材料费用低；❖有些数控机床及工业机器人上使用。
（3)混合（HB—Hybrid）型结构原理这类电机是PM式和VR式的复合形式。
其定子与VR类似，表面制有小齿，转子由永磁铁和铁心构成，同样切有小齿，为了减小步距角可以在结构上增加转子和定子的齿数。
步进电机的恒电流驱动电路原理
步进电机的恒电流驱动电路原理
恒电流斩波器的原理如下图所示，额定电流或设置的驱动电流值为I0时，加电压在绕圈上，若超过所设定的电流值I0，则把所加的电压V关断，使电流削减，若低于所设定的电流值I0，则把所加电压V打开，使电流再增加至所设定的电流值I0……如此反复，使I0为恒定电流。
左图中，V以及I表示1相关断的电压、电流，1相电压加到t1秒时间区间。
假如步进电机低速转动时，不用恒电流斩波器驱动，当流过电机线圈的电流超过额定电流时，电机会产生很高的温升，有可能会烧毁。
在高速运行时，1相绕组电压所加的时间若在左图的t0以下，使电源不能保证供应设定的电流I0值，此时变成恒压驱动。
即在高速运行中，有斩波才能变成恒电流驱动。
电流测量值与设定电流I0相对应的基准电压Vr用差动放大器比较，使其达到设定的电流值，施加到电机的电压斩波器的掌握端。
此处，恒电流斩波电路使用恒电压电路。
同一步进电机的恒电压与恒电流脉冲频率-转矩特性曲线比较如下图所示。
两者在同一额定电流约10pps以内时，具有相同的转矩，但低速时恒电流斩波驱动器产生转矩较大。
稳态电流值两者虽然相同，但由于恒电流斩波驱动器其电流上升快，所以其值略高于平均电流值，使用
上需要留意上述问题。
步进电机的驱动原理与驱动电路
步进电机是一种专门用于位置和速度精准操纵的特种电机.是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。
您能够通过操纵脉冲个数来操纵角位移量，从而达到准确信位的目的；同时您能够通过操纵脉冲频率来操纵电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机分三种：永磁式（PM），反映式（VR）和混合式（HB）永磁式：一样为两相，转矩和体积较小，步进角一样为度或15度；反映式：一样为三相，可实现大转矩输出，步进角一样为度，但噪声和振动都专门大。
混合式：是指混合了永磁式和反映式的优势。
它又分为两相和五相：两相步进角一样为度而五相步进角一样为度。
这种步进电机的应用最为普遍。
上图为六线式四相步进电机，共有两组线圈，每一个线圈有两相，每一相有一条引出线，两个公共端若是归并为一条线确实是五线式。
将公共端C接到电源上，依次给各个相的引出线加低电平脉冲信号，步进电机将持续转动。
二、步进电机的特点1、输出角与输入脉冲严格成正比，且在时刻长同步。
步进电机的步距角不受各类干扰因素，如电压大小、电流的数值、波形的阻碍，转子的速度要紧取决与脉冲信号的频率，总的位移量那么取决与总脉冲数。
2、步进电机的转向能够通过改变通电顺序来改变。
3、转子惯量小，启、停时刻短。
4、步进电机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电机就能够够维持在该固定位置。
5、步进电机的步进角有误差、转子转过必然步数以后也会显现累计误差，但转子转过一转时刻以后，其积存误差为零，可不能长期积存。
6、与运算机接口容易，维修方便，寿命长。
步进电机本身确实是一个数/模转换器，能够直接同意计算机的输出的数字量。
7、能量效率低，存在失步现象。
三、步进电机的励磁方式步进电机有2相、4相和5相电机。
在4相电机中有4组线圈，假设电流按顺序通过线圈那么使电机产生转动。
4相电机的励磁方式中有1 相（单向）励磁、2 相（双向）励磁和1－2 相（单－双向）励磁方式。
简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理
简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理
步进电机驱动电源的功率放大电路原理是指将控制信号转化为高功率
输出信号，以驱动步进电机转动。
其主要原理是通过功率放大器将低
功率控制信号转换为高功率输出信号，从而驱动步进电机运行。
步进电机驱动电源的功率放大电路由三部分组成：输入级、中间级和
输出级。
其中，输入级接收低功率的控制信号，经过中间级进行放大，最终由输出级输出高功率的信号，以驱动步进电机运行。
具体来说，输入级接收控制信号后，通过放大器进行放大，并送入中
间级。
在中间级中，经过多次放大和滤波处理后，将信号传递到输出级。
在输出级中，通过功率晶体管等元件进行调节和放大处理后，将
高功率的信号输出到步进电机上。
需要注意的是，在设计步进电机驱动电源时需要考虑到以下几个方面：
1. 适当选择输入、中间和输出级元件的参数和类型；
2. 合理设计输入、中间和输出级之间的匹配网络；
3. 考虑防静电及过流保护等安全性问题；
4. 根据实际应用需求调整输出功率的大小。
总之，步进电机驱动电源的功率放大电路原理是将低功率的控制信号转化为高功率输出信号，以驱动步进电机运行。
在设计时需要考虑到多种因素，并进行合理的参数选择和匹配网络设计，以确保电路的安全性和稳定性。
步进电机驱动器电原理图
6 5 4 3 2 1
6 J21 NM
R13 P521 270 D3
控制板 步进电机驱 动器电路原理图（控制部分）
时钟
R26 100
3
I/O CD4051BM
R27 270
+5
U5F MM74HC14 +5
40 C11 0.1u D1 +5
VCC GND
12
13
U5A 2
14
0.1 1 P1 R11 270 4N26 R54 +5 D2 OPTO CP DIR FREE
J2 1 2 3 4 5 6 7 8 CON8 R12 270
R36 10k T4C5 G2 C6 Z1
R34 10k T2 G2 C7 C8
CON2 DC 24 - 40V 4A 电源输入
220u/25V
C3 220u/25V
5.6V/0.3W
22u/100V 22u/100V R32 100 T5 ZL R37 10k D2 MUR1660CT T12 K0225
22u/100V 22u/100V R31 100 T3 ZL R35 10k T11 K0225
J2 1 2 3 4 5 6 7 8 CON8
接控制板
J13 1 2 3 4 CP 步进脉冲 DIR 正反转控制 FREE 自由状态控制 OPTO 光耦合器公共阳极
R39 10k
CON4 信号输入 R42 10k
- 15 -
+15 5 8 11 J1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 CON18 +5 R46 10k +5 U7A CD4050B 2 +15 3 R43 4k7 2 U6A DM7407 U7B CD4050B 4 +15 +5 +5 U7C CD4050B 6 U7D CD4050B 10 +15 R44 4k7 7 4 U6B DM7407 9 +5 R3 2k U3B LM393 34 7 5 5 6 5 U6C DM7407 14
步进电机及其工作原理详细图文
m* Z*C
式中：m －定子相数 Z － 转子齿数
1
2
A A
1
4
2
3
C －通电方式
A
C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式
C = 2 单、双相轮流通电方式
制作：张津
常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相
匹配的转子齿数分别为40齿和48齿，即有
三相步进电机：
1
1B
B
1
2
2
A
A
C
B
2 B
A
C
B
B
A
C
B
1 2
1
2
1 2
30°
C
A
30°
C
B
C
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→AC→C→CB→B→BA→A
转子旋转方向：逆时针
步距角： θb = 30°
30°
A
A
A
C
C 1
B
1
1
2
C
A
C
B
2C A
C
B
2
A A
C
B
1 2
2
1
环行分配器可以由硬件构成也可以由软件构成。
制作：张津
环行分配器的工作原理
硬件环行分配器的基本构成是触发器。因为步进电机有
几相就需要几个序列脉冲，所以步进电机有几相，就要设置
几个触发器。每个触发器发出的脉冲就是一个序列脉冲，用
来控制步进电机某相定子绕组的通、断电。
触发器工作的同步信号就是来自插补器的某个坐标轴的
步进电机控制驱动电路设计
步进电机控制驱动电路设计一、任务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元件，它在速度、位置等控制领域被广泛地应用。
但步进电机必须由环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
设计一个三相步进电机控制驱动电路。
二、要求1．基本要求1）时钟脉冲产生电路，能实现步进电机的正转、反转、手动（点动）和自动控制；2）用IC设计一个具有“自启动”功能的三相三拍环形分配器；3）能驱动三相步进电机的功放电路。
使用的是三相步进电机，工作相电压为12V2．发挥部分1）设计的环形分配器可实现“三相单三拍”、“三相双三拍”和“三相六拍”的多工作方式选择；2）完成步进电机供电电源电路设计；3）其它创新。
操作说明(与实际电路相对应):（从上到下依次）（从左到右）短路环： 1 2 3 4 开关：1 4 工作模式：断开接通断开接通0 0 三相单三拍正转断开接通断开接通0 1 三相单三拍反转断开接通断开接通0 0 三相六拍反转断开接通断开接通0 1 三相六拍正转接通断开接通断开0 0 三相双三拍正转接通断开接通断开0 1 三相双三拍反转注意：按键按下为0 向上为1如果在工作时有异常情况请按复位键调节变阻器2可以调节速度的大小摘要本设计采用自己设计的电源来给整个电路供电，用具有置位，清零功能的JK触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器，来对555定时器产生的脉冲进行分配，通过功率放大电路来对步进电机进行驱动，从而来完成题目中的要求。
并且产生的脉冲的频率可以控制，从而来控制步进电机的速度，环形分配器中具有复位的功能，在对于异常情况可以按复位键来重新工作。
本系统具有以下的特点：1．时钟脉冲产生电路，能实现步进电机的正转、反转、手动（点动）和自动控制；2．具有“自启动”的功能。
3．可以工作在“三相单三拍”、“三相双三拍”和“三相六拍”的多工作方式选择的状态下。
4．具有复位的功能。
（创新）5．具有速度可变的功能。
步进电机的类型和接线
步进电机的类型和接线对于业余爱好者来说，最容易得到的步进电机是单极性(又称双线或4 相)和双极性(又称单线或两相)步进电机。
一、单极性步进电机这种步进电机之所以称为单极性是因为每个绕组中电流仅沿一个方向流动。
它也被称为两线步进电机，因为它只含有两个线圈。
两个线圈的极性相反，卷绕在同一铁芯上，具有同一个中间抽头。
单极性步进电机还被称为4 相步进电机，因为它有4个激励绕组。
单极性步进电机的引线有5 或6根。
如果步进电机的引线是 5 根，那么其中一根是公共线(连接到V+)，其他4 根分别连到电机的4 相。
如果步进电机的引线是6 根，那么它是多段式单极性步进电机有两个绕组，每个绕组分别有一个中间抽头引线。
但是如何分辨这些引线呢?请继续读下述内容。
1．分辨5 线单极性步进电机接头为了找出5线单极性步进电机各条引线的正确配置，事先需要做一番实际上很简单的考察。
图1 给出了 5 线步进电机的基本为了找出正确的引线顺序并使电机转动，需要一块电池和一段胶带(当然也需要一个5引线步进电机)。
备好记号笔来标注引线以便分辨它们。
按以下步骤操作：①用数字万用表找到公共线。
其他引线与公共线之间的电阻测量值都相同。
将此线连接到电池的V+。
5V或6V就足够测试用了。
②胶带粘贴到步进电机的输出铀上，并使它垂直于轴端伸出成为一个标志。
此标志的作用在于判断电机是否转动。
③任意挑出一条引线称之为相1。
若将此线接地，则电机输出轴将做轻微的转动。
现在步进电机被锁定在相1的位置上。
如图 2 所示。
④取另一根引线并将其接地，仔细观察输出轴上的胶带。
如果输出轴向右轻微地旋转，那么此根引线是相2。
如图3所示。
⑤取另一根线并将其接地，仔细观察输出轴上的胶带。
如果输出轴向左轻微地旋转，那么此根引线是相4。
如图4 所示。
⑥再取另一根线并将其接地，仔细观察输出轴上胶带的运动状态。
如果输出轴不旋转，那么此根引线就是相3。
如图5 所示。
2．分辨6 线单极性步进电机接头回收打印机旧电机时最常遇到这种类型的单极性步进电机。
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A→B→C→A 或 A→C→B→A
1. 三相单三拍：转子每次转动30o。缺点：1）容易失步；2） 易在平衡位置发生振荡.通电顺序：
A→B→C→A 或 A→C→B→A
2.三相双三拍：每次有二相绕组通电，转子转动300，且切换 时总保持一相绕组通电，工作比较稳定。
AB→BC→CA→AB 或AC→CB→BA→AC
永磁式步进电动机(PM)结构
分为定子和转子两部分
工作原理：
按电磁感应的原理进行工 作的。当定子绕组按顺序轮 流通电时，三对磁极就依次 产生磁场，每次仅对转子的 某一对齿产生电磁引力，将 其吸引过来，而使转子一步 步转动。
图4-4 三相反应式步进电机结构
工作过程
A相
B相
图4-5 步进电机工作原理
C相
直线加减速或者指数加减速。
四、 开环控制步进式伺服系统的工作原理
1.工作台位移量的控制
控制输入脉冲总数
2. 工作台进给速度的控制
控制输入脉冲频率
3. 工作台运动方向的控制
控制输入脉冲信号的循环顺序方向。
作业
１. 什么是点位控制？什么是轮廓控制?点位控制与轮廓控 制在性能要求上有何不同? ２. 画出半闭环进给伺服系统的结构框图。 ３. 速度控制单元在整个进给伺服系统中处于什么地位?为 什么说进给伺服控制是以对速度的控制为前提的? ４.简述脉冲比较式进给伺服系统的基本工作原理? ５.简述数据采样式进给伺服系统的基本工作原理。 ６. 列出7种数控机床上常用位置检测元器件，并对其中两 种的用途加以简要介绍。 ７. 数控机床伺服系统对位置检测元器件的主要要求是什么? ８. 简述莫尔条纹测量位移的工作原理。 ９．交流伺服电动机（三相交流永磁式电动机）有哪些变频 控制方式？
二、步进电机的主要性能指标
1.步距角和步距误差
步距角： α=3600/KmZ
K—系数，三相三拍，K＝1； 三相六拍，K＝2。
ｍ－定子相数；Ｚ－转子齿数 同一相数的步进电机可有两种步距角，通常为1.2/0.6、 1.5/0.75、1.8/0.9、3/1.5度等。 步距误差：转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。 连续走若干步时，上述步距误差的累积值称为步距的累积误 差。
3.三相六拍：转子每次转动150，比三相三拍控制方式步距角 小一半，因而精度更高，且转换过程中始终保证有一个绕组通 电，工作稳定，因此这种方式被大量采用。
A→AB→B→BC→C→CA→A 或 A→AC→C→CB→B→BA→A
“单”——每次只有一相绕组通电； “双”——每次有两相绕组通电； “拍”——一个通电循环内通电次数（即从一种通电状态转 到另一种通电状态）。
2.高低电压驱动电路
这种电路的特点是高压充 电，低压维持。步进电机 的绕组每次通电时，首先 接通高压，以保证电流以 较快的速度上升；然后改 由低压供电，维持绕组中 的电流为额定值。
3.斩波驱动驱动
输入信号为低电平时，V截止，电 机绕组中无电流通过。输入信号为 高电平时，V导通，绕组中电流迅 速上升；上升到预定值时，R反馈通 过斩波电路使V截止，绕组中电流 迅速下降；下降到预定值以下，R反 馈通过斩波电路使V导通，绕组电 流又上升。反复进行，形成一个在 预定值上下波动的电流波形，近似 恒流。功耗小，效率高，运行特性 好。
4.细分驱动
在实际应用中，为了进一步提高进给运动的分辨率，在不 改变步进电机结构的前提下，要求对步距角进一步细分。为了 达到这一目的，可将绕组电流以阶梯波的方式输入，这时，电 流分成多少个阶梯，则转子就以同样的步数转过一个步距角。 这样将一个步距角细分成若干步的驱动方法称为细分驱动电路。
5.自动升降速原理
2. 静态矩角特性
静态转矩： 矩角特性：
图4-6 静态矩角特性
3.启动频率
空载时，步进电机由静止状态突然起动，并进入不失步 的正常运行的最高频率，称为启动频率或突跳频率。
4.连续运行频率
步进电机起动后，其运行速度能根据指令脉冲频率连续上 升而不丢步的最高工作频率，称为连续运行频率。
5.矩频特性与动态转矩
M
用于描述步进电机连续稳定运行时 输出转矩与连续运行频率之间的关系。 动态转矩随连续运行频率的上升而下 降
f 图6-8 矩频特性
Байду номын сангаас
三 步进电机驱动电路
驱动控制电路由环形分配器和功率放大器组成。
控制器
驱动电路
环形分配器
功率放大器
步进电动机
辅助电路
1.环形分配器
Qn1 JnQn KnQn
图4-9 三相六拍环形分配器