步进电机工作原理及实现

4．4．1步进电机工作原理图4—40步进电机原理图P129微机控制技术4．4．1步进电机工作原理1.步进电机（1）是一个数字／角度转换器，也是一个串行的数／模转换器。（2）是过程控制及仪表中的主要控制元件。（3）广泛用于定位系统2.概念：（1）步进电机旋转的根本原因：错齿。（2）术语：齿距角步距角（3）通电一周，转子转过一个齿距角，N为几，一个齿距角分几步走完。微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理微机控制技术图4—41步进电机控制系统的组成p1294．4．2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。③采用计算机控制系统，由软件代替步进控制器。优点：线路简化，降低成本降低，可靠性提高。灵活改变步进电机的控制方案，使用起来很方便。（2）功率放大器把环型脉冲放大，以驱动步进电机转动。微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理图4—42用微型机控制步进电机原理系统图p130微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理图4—42与图4—41相比：•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。微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理本课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。微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理1．脉冲序列的生成图4—43脉冲序列微机控制技术P1304．4．2步进电机控制系统原理★脉冲幅值由数字元件电平决定。TTL0～5VCMOS0～10V★接通和断开时间可用延时的办法控制。要求：确保步进到位。微机控制技术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ABC；★双三拍，通电顺序为ABBCCA；★三相六拍，通电顺序为AABBBCCCA；4．4．2步进电机控制系统原理微机控制技术改变通电顺序可以改变步进电机的转向4．4．2步进电机控制系统原理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：微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理★三相单三拍步序控制位工作状态控制模型PC.7PC.6PC.5PC.4PC.3PC.2C相PC.1B相PC.0A相100000001A01H200000010B02H300000100C04H微机控制技术★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。4．4．2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。微机控制技术4．4．3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，微机控制技术4．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计图4—44步进电机与微型机接口电路之一p133微机控制技术1001001004．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计总之，只要按一定的顺序改变P1.0～P1.2三位通电的状况，即可控制步进电机依选定的方向步进。微机控制技术4．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计由于步进电机运行时功率较大，可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离器，以防强功率的干扰信号反串进主控系统。如图4-25微机控制技术4．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计图4—45步进电机与微型机接口电路之二p133微机控制技术0010111004．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计2.步进电机程序设计(1)步进电机程序设计的主要任务是：★判断旋转方向；★按顺序传送控制脉冲；★判断所要求的控制步数是否传送完毕。（2）程序框图下面以三相双三拍为例说明这类程序的设计.微机控制技术图4.46三相双三拍步进电机控制程序流程图p134微机控制技术4．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计ORG0100HROUNT1：MOVA，#N；步进电机步数→AJNB00H，LOOP2；反向，转LOOP2LOOP1：MOVP1，#03H；正向，输出第一拍ACALLDELAY；延时DECA；A＝0，转DONEJZDONEMOVP1，06H；输出第二拍ACALLDELAY；延时DECA；A＝0，转DONEJZDONEMOVP1，05H；输出第三拍ACALLDELAY；延时DECA；A≠0，转LOOP1JNZLOOP1（3）程序根据图4-46可写出如下步进电机控制程序微机控制技术4．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计微机控制技术AJMPDONE；A＝0，转DONELOOP2：MOVP1，03H；反向，输出第一拍ACALLDELAY；延时DECA；A＝0，转DONJZDONEMOVP1，05H；输出第二拍ACALLDELAY；延时DECAJZDONE；MOVP1，06H；输出第三拍ACALLDELAY；延时DECA；A≠0，转LOOP2JNZLOOP2DONE：RETDELAY：4．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计对于节拍比较多的控制程序，通常采用循环程序进行设计。微机控制技术4．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计（4）循环程序作法：•把环型节拍的控制模型按顺序存放在内存单元中，•逐一从单元中取出控制模型并输出。•节拍越多，优越性越显著。以三相六拍为例进行设计，其流程图如图4—47所示。微机控制技术图4—47三相六拍步进电机控制程序框图P137微机控制技术ROUTN2LOOP0LOOP2LOOP14．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计ORG8100HROUTN2：MOVR2，COUNT；步进电机的步数LOOP0：MOVR3，#00HMOVDPTR，#POINT；送控制模型指针JNB00H，LOOP2；反转，转LOOP2LOOP1：MOVA，R3；取控制模型MOVCA，@A+DPTRJZLOOP0；控制模型为00H，转LOOP0MOVP1，A；输出控制模型ACALLDELAY；延时INCR3；控制步数加1DJNZR2，LOOP1；步数未走完，继续RET图4-47所示三相六拍步进电机控制程序如下：微机控制技术4．4．3步进电机与微型机的接口及程序设计微机控制技术LOOP2：MOVA，R3；求反向控制模型的偏移量ADDA，#07HMOVR3，AAJAMPLOOP1DELAY：；延时程序POINTDB01H,03H,02H,06H,04H,05H,00H；正向控制模型DB01H,05H,04H.06H,02H,03H,00H；反向控制模型COUNTEQU30H,POINTEQU0150H4．4．4步进电机步数及速度的确定方法两个重要的参数:•步数N控制步进电机的定位精度。•延时时间DELAY控制其步进的速率。微机控制技术