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1、.一步進電機與驅(qū)動電路1.1什么是步進電機???步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。1.2步進電機的種類步進電機分永磁式（PM）、反應式（VR）、和混合式（HB）三種。永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度；反應式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大
2、。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。1.3步進電機的特點1．精度高一般的步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積?？稍趯拸V的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，這是步進電動機最突出的優(yōu)點2．過載性好其轉(zhuǎn)速不受負載大小的影響，不像普通電機，當負載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進電機使用在對速度和位置都有嚴格要求的場合；3．控制方便步進電機是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這
3、樣就給計算機控制帶來了很大的方便，反過來，計算機的出現(xiàn)也為步進電機開辟了更為廣闊的使用市場；4．整機結(jié)構簡單傳統(tǒng)的機械速度和位置控制結(jié)構比較復雜，調(diào)整困難，使用步進電機后，使得整機的結(jié)構變得簡單和緊湊。1.4步進電機的原理圖1是一種四相可變磁阻型的步進電機結(jié)構示意圖。這種電機定子上有八個凸齒，每一個齒上有一個線圈。線圈繞組的連接方式，是對稱齒上的兩個線圈進行反相連接，如圖中所示。八個齒構成四對，所以稱為四相步進電機。...圖1它的工作過程是這樣的：當有一相繞組被激勵時，磁通從正相齒，經(jīng)過軟鐵芯的轉(zhuǎn)子，并以最短的路徑流向負相齒，而其他六個凸齒并無磁通。為使磁通路
4、徑最短，在磁場力的作用下，轉(zhuǎn)子被強迫移動，使最近的一對齒與被激勵的一相對準。在圖1(a)中A相是被激勵，轉(zhuǎn)子上大箭頭所指向的那個齒，與正向的A齒對準。從這個位置再對B相進行激勵，如圖1中的(b)，轉(zhuǎn)子向反時針轉(zhuǎn)過15°。若是D相被激勵，如圖1中的(c)，則轉(zhuǎn)子為順時針轉(zhuǎn)過15°。下一步是C相被激勵。因為C相有兩種可能性：A—B—C—D或A—D—C—B。一種為反時針轉(zhuǎn)動；另一種為順時針轉(zhuǎn)動。但每步都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動15°。電機步長(步距角)是步進電機的主要性能指標之一，不同的應用場合，對步長大小的要求不同。改變控制繞組數(shù)(相數(shù))或極數(shù)(轉(zhuǎn)子齒數(shù))，可以改變步長的大小。
5、它們之間的相互關系，可由下式計算：Lθ＝360P×N式中：Lθ為步長；P為相數(shù)；N為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。在圖1中，步長為15°，表示電機轉(zhuǎn)一圈需要24步。1.5步進電機的驅(qū)動混和步進電機的工作原理在實際應用中，最流行的還是混和型的步進電機。但工作原理與圖1所示的可變磁阻型同步電機相同。但結(jié)構上稍有不同。例如它的轉(zhuǎn)子嵌有永磁鐵。激勵磁通平行于X軸。一般來說，這類電機具有四相繞組，有八個獨立的引線終端，如圖2a所示?；蛘呓映蓛蓚€三端形式，如圖2b所示。每相用雙極性晶體管驅(qū)動，并且連接的極性要正確。圖3所示的電路為四相混和型步進電機晶體管驅(qū)動電路的基本方式。它的驅(qū)動電壓是固定
6、的。表1列出了全部步進開關的邏輯時序。...步數(shù)Q1Q2Q3Q41101021001301014011051010表1二方案設計與論證2.1鍵盤設計該系統(tǒng)中只運用到三個控制按鈕，即“正反”，“換擋”，“啟?！?，由于按鈕較少，所以采用獨立鍵電路，這種按鍵電路的按鍵結(jié)構相對行列式按鍵電路更簡單，更使人易懂。2.2顯示電路設計如圖2.31，采用LED數(shù)碼管動態(tài)顯示數(shù)據(jù)與個項參數(shù)，方法簡單，容易控制，成本低。設計如下圖P00P01P02P03P04P05P06P07P25P26P27AT89C51StcP24IN1IN2IN3IN4OUT4OUT3OUT2OUT1UL
7、N2803abfcgde[LED1]aabbcfdcegfdgeabfcgdeabfcgdeh[LED2][LED3][LED4]hhhh圖2.312.4驅(qū)動電路設計...驅(qū)動電路可分為：三極管直接驅(qū)動（圖3），采用斬波恒流驅(qū)動方式（圖2.41）和芯片驅(qū)動電路等。驅(qū)動電路的性能直接關系到步進電機走步的準確與穩(wěn)定。本電路采用驅(qū)動芯片ULN2803。ULN2803是一種大電流高電壓型器件，外電路簡單（圖2.42）。圖2.41圖2.42三電路設計3.1、設計要點和軟硬環(huán)境1、步進電機的設計要點和軟硬件環(huán)境步進電機和普通電動機不同之處是步進電機接受脈沖信號的控制。即步
8、進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為機械角位移的
