电机控制接口与驱动电路分析
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物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
二、电机驱动
达林顿管
达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接 在一起，以组成一只等效的新的三极管。这等效于 三极管的放大倍数是二者之积。在电子学电路设计 中，达林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中。 达林顿电路有四种接法： NPN+NPN PNP+PNP NPN+PNP PNP+NPN 前二种是同极性接法， 后二种是异极性接 法。
物理与电子工程系《电子设计与实践》
2012年春
依次类推，A、 B、C、D四 相绕组轮流供 电，则转子会 沿着A、B、 C、D方向转 动。 反之，依次D 、 C、 B、 A四 相绕组轮流供 电，则转子会 沿着D 、 C、 B、 A方向转 动。
电机转子的位置和速度由导电次数（脉冲数） 和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。
双四拍
B 1 1 0 0 1 1 0 0 C 0 1 1 0 0 1 1 0 D 0 0 1 1 0 0 1 1 A 1 励 1 磁 0 序 列 0 0 0 0 1
八拍
B 0 1 1 1 0 0 0 0 C 0 0 0 1 1 1 0 0 D 0 0 0 0 0 1 1 1
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。 八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍 工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
一、步进电机概述
1、什么是步进电机？ 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。在非超载的情况下，电机的转 速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲 数，而不受负载变化的影响。
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，称为“步距 角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。 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。 由于脉冲信号数与步距角的线性关系，加上步进电机 只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、 位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
2、分类
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机 （VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进 电机（HB）和单相式步进电机等。
感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、 四相电机、五相电机等。 它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制 系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及 到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之 一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子 和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增， 在各个国民经济领域都有应用。
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
4、工作方式
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为： 单四拍 双四拍 八拍三种工作方式。
物理与电子工程系《电子设计与实践》
2012年春
单四拍
A 1 励 0 磁 0 序 列 0 1 0 0 0 B 0 1 0 0 0 1 0 0 C 0 0 1 0 0 0 1 0 D 0 0 0 1 0 0 0 1 A 1 励 0 磁 0 序 列 1 1 0 0 1
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
ULN2003A
500-mA-Rated Collector Current (Single Output) High-Voltage Outputs ...50 V Output Clamp Diodes Inputs Compatible With Various Types of Logic Relay-Driver Applications
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
Description/ordering information The ULN2001A, ULN2002A, ULN2003A,ULN2004A, ULQ2003A, and ULQ2004A are high-voltage, highcurrent Darlington transistor arrays. Each consists of seven NPN Darlington pairs that feature high-voltage outputs with common-cathode clamp diodes for switching inductive loads. The collector-current rating of a single Darlington pair is 500 mA. The Darlington pairs can be paralleled for higher current capability. Applications include relay drivers, hammer drivers, lamp drivers, display drivers (LED and gas discharge), line drivers, and logic buffers. For 100-V (otherwise interchangeable) versions of the ULN2003A and ULN2004A, see the SN75468 and SN75469, respectively.
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
3、基本原理
通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定 子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度， 使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定 子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个 角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一 步。 它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频 率成正比。 改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉 冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进 电机的转动。
物理与电子工程系《电子设计与实践》
2012年春
开始时，开关 SB接通电源， SA、SC、SD 断开，B相磁极 和转子0、3号 齿对齐。 同时，转子的1、 4号齿就和C、D 相绕组磁极产生 错齿，2、5号 齿就和D、A相 绕组磁极产生错 齿。
物理与电子工程系《电子设计与实践》
2012年春
当开关SC接通 电源，SB、SA、 SD断开时，由 于C相绕组的磁 力线和1、4号齿 之间磁力线的作 用，使转子转动， 1、4号齿和C相 绕组的磁极对齐。 而0、3号齿和A、 B相绕组产生错 齿，2、5号齿就 和A、D相绕组 磁极产生错齿。
D
0 0
0
0 0
1
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0
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0
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1
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0
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1 0
பைடு நூலகம்
0
1 1
0
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0
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1
0 0
1
1 1
励磁序列定义： uchar code step_code_forward[8]= {0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
单四拍
双四拍
八拍
物理与电子工程系《电子设计与实践》
2012年春
单四拍
双四拍
八拍
A
1 励 0 磁 0 序 列 0 1
B
0 1
C
0 0
D
0 0
A
1 励 0 磁 0 序 列 1 1
B
1 1
C
0 1
D
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A
1 励 1 磁 0 序 列 0 0
B
0 1
C
0 0
二、电机驱动
达林顿管
达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接 在一起，以组成一只等效的新的三极管。这等效于 三极管的放大倍数是二者之积。在电子学电路设计 中，达林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中。 达林顿电路有四种接法： NPN+NPN PNP+PNP NPN+PNP PNP+NPN 前二种是同极性接法， 后二种是异极性接 法。
物理与电子工程系《电子设计与实践》
2012年春
依次类推，A、 B、C、D四 相绕组轮流供 电，则转子会 沿着A、B、 C、D方向转 动。 反之，依次D 、 C、 B、 A四 相绕组轮流供 电，则转子会 沿着D 、 C、 B、 A方向转 动。
电机转子的位置和速度由导电次数（脉冲数） 和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。
双四拍
B 1 1 0 0 1 1 0 0 C 0 1 1 0 0 1 1 0 D 0 0 1 1 0 0 1 1 A 1 励 1 磁 0 序 列 0 0 0 0 1
八拍
B 0 1 1 1 0 0 0 0 C 0 0 0 1 1 1 0 0 D 0 0 0 0 0 1 1 1
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。 八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍 工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
一、步进电机概述
1、什么是步进电机？ 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。在非超载的情况下，电机的转 速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲 数，而不受负载变化的影响。
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，称为“步距 角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。 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。 由于脉冲信号数与步距角的线性关系，加上步进电机 只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、 位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
2、分类
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机 （VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进 电机（HB）和单相式步进电机等。
感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、 四相电机、五相电机等。 它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制 系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及 到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之 一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子 和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增， 在各个国民经济领域都有应用。
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
4、工作方式
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为： 单四拍 双四拍 八拍三种工作方式。
物理与电子工程系《电子设计与实践》
2012年春
单四拍
A 1 励 0 磁 0 序 列 0 1 0 0 0 B 0 1 0 0 0 1 0 0 C 0 0 1 0 0 0 1 0 D 0 0 0 1 0 0 0 1 A 1 励 0 磁 0 序 列 1 1 0 0 1
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
ULN2003A
500-mA-Rated Collector Current (Single Output) High-Voltage Outputs ...50 V Output Clamp Diodes Inputs Compatible With Various Types of Logic Relay-Driver Applications
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
Description/ordering information The ULN2001A, ULN2002A, ULN2003A,ULN2004A, ULQ2003A, and ULQ2004A are high-voltage, highcurrent Darlington transistor arrays. Each consists of seven NPN Darlington pairs that feature high-voltage outputs with common-cathode clamp diodes for switching inductive loads. The collector-current rating of a single Darlington pair is 500 mA. The Darlington pairs can be paralleled for higher current capability. Applications include relay drivers, hammer drivers, lamp drivers, display drivers (LED and gas discharge), line drivers, and logic buffers. For 100-V (otherwise interchangeable) versions of the ULN2003A and ULN2004A, see the SN75468 and SN75469, respectively.
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
3、基本原理
通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定 子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度， 使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定 子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个 角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一 步。 它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频 率成正比。 改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉 冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进 电机的转动。
物理与电子工程系《电子设计与实践》
2012年春
开始时，开关 SB接通电源， SA、SC、SD 断开，B相磁极 和转子0、3号 齿对齐。 同时，转子的1、 4号齿就和C、D 相绕组磁极产生 错齿，2、5号 齿就和D、A相 绕组磁极产生错 齿。
物理与电子工程系《电子设计与实践》
2012年春
当开关SC接通 电源，SB、SA、 SD断开时，由 于C相绕组的磁 力线和1、4号齿 之间磁力线的作 用，使转子转动， 1、4号齿和C相 绕组的磁极对齐。 而0、3号齿和A、 B相绕组产生错 齿，2、5号齿就 和A、D相绕组 磁极产生错齿。
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励磁序列定义： uchar code step_code_forward[8]= {0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};
物理与电子工程系《电子设计与实践》 2012年春
单四拍
双四拍
八拍
物理与电子工程系《电子设计与实践》
2012年春
单四拍
双四拍
八拍
A
1 励 0 磁 0 序 列 0 1
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1 励 0 磁 0 序 列 1 1
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