步进电机控制系统原理

特点：由软件完成脉冲分配工作，不仅使线路简化，成本 下降，而且可根据应用系统的需要，灵活地改变步进电机的 控制方案。
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2、步进电机控制系统原理
主要解决如下几个问题： (1) 用软件的方法实现脉冲序列； (2) 步进电机的方向控制； (3) 步进电机控制程序的设计。
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3、步进电机与微型机的接口及程序设计
图5 步进电机与微型机接口电路之一 01
01 100
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3、步进电机与微型机的接口及程序设计
1、 步进电机工作原理
图1 步进电机原理图
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步进电机有如下特点：
• 给步进脉冲电机就转，不给步进脉冲电机就不转； • 步进脉冲频率高，步进电机转得快；步进脉冲频率低，步进电机转得就慢； • 改变各相的通电方式（叫脉冲分配）可以改变步进电机的运行方式； • 改变通电顺序，可以控制步进电机的正、反转。
• CH250环形脉冲分配器是三相步进电动机的理想脉冲分配器， 通过其控制端的不同接法可以组成三相双三拍和三相六拍的不 同工作方式，如图7、图8所示。
图7 CH250三相双三拍接法 精品培训课件PPT 图8 CH250三相六拍接法 现代网络技术
CH250环形脉冲分配器的功能关系如表1所列
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3.步进电机通电模型的建立：
（1）用微型机输出接口的每一位控制一相绕组，
【例如】用 8255 控制三相步进电机时， 可用 PC.O、PC.1、PC.2 分别接至步进电机的 A、 B、 C 三相绕组。
（2）根据所选定的步进电机及控制方式，写出相应控制方 式的数学模型。
上面讲的三种控制方式的数学模型分别为：
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2、步进电机控制系统原理
★ 三相双三拍
用 P1口 的 P1.2 、P1.1、P1.0 对应 C、B、A 相 进行控制 。
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2、步进电机控制系统原理
★同理，可以得出双三拍和三相六拍的控制模型： 双三拍 03H，06H，05H
★ 三相六拍 01H，03H，02H，06H，04H，05H 以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型， 如按逆序进行控制，步进电机将向相反方向转动。
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二、由软件完成脉冲分配工作
• 用微型机代替了步进控制器把并行二进制码转换成 串行脉冲序列，并实现方向控制。 • 只要负载是在步进电机允许的范围之内， 每个脉冲将使电机转动一个固定的步距角度。 • 根据步距角的大小及实际走的步数，只要知道初始 位置，便可知道步进电机的最终位置。
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2、 步进电机控制系统原理
图2、步进电机控制系统的组成
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2、 步进电机控制系统原理
1）步进控制器 ① 包括：缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及
正、反转向控制门等。 ② 作用: 把输入脉冲转换成环型脉冲，以控制步进电机的转向。
2）功率放大器 把环型脉冲放大，以驱动步进电机转动。
2．方向控制
步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。 三相步进电机有三种工作方式：
★ 单三拍，通电顺序为 ABC ； ★ 双三拍， 通电顺序为 ABBCCA ； ★ 三相六拍，通电顺序为
AABBBCCCA ；
改变通电顺序可以改变步进电机的转向 精品培训课件PPT
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2、步进电机控制系统原理
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讨论：
• 单片机输出步进脉冲后，再由脉冲分配电路按事先确定的顺序控制各相的 通断。
• 一般来说，硬件一旦确定下来，不易更改，这种方案，硬设备成本高，它 的应用受到了限制。
• 怎样用软件产生步进脉冲呢？所谓软件产生就是用软件控制P3．0为1 或 为0的次序和长短。如果先令P3．0=1，延时一段时间，再令P3.0＝0，再 延时一段时间后，又令P3．0=1，如此循环，就可构成脉冲序列。延时时 间的长短决定了脉冲序列的周期，而脉冲序列的周期又与步进电机的步矩 有关。
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3、步进电机与微型机的接口及程序设计
4.步进电机与微型机的接口电路
（1）由于步进电机的驱动电流较大，所以微型机与步进电机的 连接都需要专门的接口及驱动电路。
• 接口电路可以是锁存器，也可以是可编程接口芯片，如 8255、 8155等。
• 驱动器可用大功率复合管，也可以是专门的驱动器。 光电隔离器，一是抗干扰，二是电隔离，
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步进电机与MCS-51单片机的接口
步进电机与单片机的连接一般有两种形式： 一、由硬件完成脉冲分配的功能
二、由软件完成脉冲分配工作
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2、步进电机控制系统原理
图3、用微型机控制步进电机原理
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一、由硬件完成脉冲分配的功能
在这种形式里，脉冲分配器（CH250）、驱动电路由硬件 完成。单片机只提供步进脉冲和正、反转控制信号，步进脉冲 的产生与停止、步进脉冲的频率和个数都可用软件控制。
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• 脉冲分配器中由门电路和双稳态触发器组成的逻辑电路，它根 据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系加在脉冲放大器上，使步 进电动机按确定的运行方式工作。下面着重介绍CH250环形 脉冲分配器。
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2 、步进电机控制系统原理
1．脉冲序列的生成
图精4品培脉训冲课件序PP列T
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2、步进电机控制系统原理
★ 脉冲幅值 由数字元件电平决定。 TTL 0 ～ 5V CMOS 0 ～ 10V
★ 接通和断开时间可用延时的办法控制。
要求：确保步进到位。
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2、步进电机控制系统原理
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2、步进电机控制系统原理
★ 三相单三拍
控制位
工作 控制
步 序 PC.7 PC.6 PC.5 PC.4 PC.3 PC.2 PC.1 PC.0 状 态 模 型
C相 B相 A相
1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H
3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H