基于stc89c51的步进电动机脉冲分配器设计

基于stc89c51的步进电动机脉冲分配器设计内容摘要：

分为三类：反应式步进电动机、永磁式步进电动机、混合式步进电动机。 按照相数又分为：两相、三相、五相，等步进电动机。 本设计中 以最简单的两相五线步进电动机为例来说明问题。 两相五线制 步进电动机的结构： 基于 STC89C51单片机的步进电机脉 冲分配器设计 8 图 31两相五线制步进电动机定、转子结构图 两相五线制 步进电动机的旋转： 如下图 33所示，若 A 相通电， 其他 相不通电时，由于磁场作用，齿 1与A相对齐， 齿 2与齿 A39。 对齐， 转子不受力，以下均同。 若 B 相通电， 其他 不通电时，齿 1与齿 B 对齐， 齿 2与齿 B39。 对齐， 此时，转子向右转过 π ／ 2。 若 A’ 相通电，其他 相不通电，齿 1 与 A39。 相对齐， 齿 2 与齿 A对齐， 转子又向右转过 π ／ 2。 若 B’ 相通电，其他相不通电，齿 1 与 B39。 相对齐，齿 2 与齿 A对齐，转子又向右转过π／ 2。 这样，经过 A、 B、 A39。 、 B39。 不断依次通电，电动机就每步 π ／ 2地向右旋转，如按 A、 B39。 、 A39。 、 B的顺序通电，则电动机反转。 图 32步进电动机旋转示意图 由此可见，步进电动机的位置和速度与导电和频率呈一一对应关系。 A 1 2 B A39。 B39。 定子 转子 A相 B39。 相 B 相 A39。 相 1 2 9 步进电动机的基本参数 固有步距角： 步进电动机的固有步距角表示控制系统每发出一个步进脉冲信号，转子向前转过的角度，实际上步距角还与驱动器有关。 步进电动机每步转过的角度 θ＝ 360/（转子齿数运行拍数）。 步进电动机的相数： 步进电动机的相数指电动机内部产生不同对 N、 S 极磁场的励磁绕组的对数，用 m 表示。 目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。 电动机相数不同，其步距角也不同，在没有细分驱动器时，用户选择步进电动机来满足对步距角的需求。 保持转矩： 保持转矩指步进电动机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩，它是步进电动机最重要的参数之一，通常步进电动机在低速转动时，转矩接近保持转矩，由于步进电动机的输出转矩随转速的增大而不断衰减，输出功率也随着转速的增大而变化，所以，保持转矩就成为衡量步进电机的重要参数之一，如人们说 2Nm 的步进电机，在没有特殊说明情况下即指保持转矩为 2Nm 的步进电动机。 拍数：步进电动机的拍数是指完成一个磁场周期性变化所 需脉冲数，用n 表示。 以四相步进电动机为例，有四相四拍运行方式，即 ABBCCDDAAB,也有四相八拍运行方式，即 AABBBCCCDDDAA。 除上述常用参数外，步进电动机还有其他参数，如：步距角精度，矢步，失调角等，可查阅相关资料。 电动机的驱动 目前，对步进电动机的控制主要有：由分立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，各种驱动器各有其优点。 步进电动机的励磁方式： 步进电动机的励磁方式一般分为 1 相励磁， 2 相励磁， 1－ 2 相励磁。 其中基于 STC89C51单片机的步进电机脉 冲分配器设计 10 1 相励磁最简单，转矩也最小； 2 相励磁有较大的转矩； 1－ 2 相励磁属于半步的方式，也就是说步距角为前两种的一半。 以本设计要用的两相五线电机为例，三种励磁方式分别见下表 和表 ： 表 ： 1 相励磁 步数 A B A’ B’ 步数 A B A’ B’ 1 1 0 0 0 5 1 0 0 0 2 0 1 0 0 6 0 1 0 0 3 0 0 1 0 7 0 0 1 0 4 0 0 0 1 8 0 0 0 1 表 ： 2 相 励磁 步数 A B A’ B’ 步数 A B A’ B’ 1 1 1 0 0 5 1 1 0 0 2 0 1 1 0 6 0 1 1 0 3 0 0 1 1 7 0 0 1 1 4 1 0 0 1 8 1 0 0 1 表 ： 12相励磁 步数 A B A’ B’ 步数 A B A’ B’ 1 1 0 0 0 5 0 0 1 0 2 1 1 0 0 6 0 0 1 1 3 0 1 0 0 7 0 0 0 1 4 0 1 1 0 8 1 0 0 1 11 步进电动机的正反转控制：在步进电动 机转动过程中，改变励磁绕组励磁顺序即可改变步进电动机的旋转方向。 步进电动机控制系统框图： 一个完整的步进电动机控制系统包括控制器、驱动器、电动机三部分。 如下图 34 所示： 图 33步进电动机控制系统框图 小型步进电动机现场应用驱动电路： 本设计中使用小型步进电动机，对电压和电流要求不是很高，为说明原理，故采用最简单的驱动电路，电路原理图如下图 35 所示 : 图 34小型步进电动机驱动电路原理图 在实际应用中驱动电路不止一路，很多场 合用现成的驱动集成电路做多路驱动，常用的小型步进电机驱动电路可用 NLN2020 或 NLN2803。 控制 器 一个完整的步进电动机控。