步进电机驱动基本原理.docx

步进电机驱动器的工作原理步进电机在控制系统中具有广泛的应用它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电 磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等有时从一些旧设备上拆下的步进电机（这种电机一般没有损坏）要改作它用，一般需自己 设计驱动器本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器 本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计1. 步进电机的工作原理 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电只要对步进电机的各相绕组 按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动图1 是该四相反应式步进电机工作原理示 意图图 1 四相步进电机步进示意图开始时，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。

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单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：图 2.步进电机工作时序波形图腓冲-TLTLruiiLrLrLrLrLrLrLrL 上!_LrL!i!irLn_ jrrLrLrLri 訂□ rrnJuuiJirLTui崩吕 n_ J—lj~i―o―i j一i i一ibw n n n 一J~LJ―I—I~L j i i | ctB n n n "LJ―LJ―LJ―[ i i i l囲 n—n_n_n _L_r_L_r_L_r ~i i—i r乩甲凹拍 b.邀四曲 V扫2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理图 3 步进电机驱动器系统电路原理图工T1PI225如［甫咸丄7 -^TirtasTP152L4T1P1521-IAT89C2051将控制脉冲从P1 □的P1.4_P1.7输出，经74LS14反相后进入9014,P1.7PJ &PL1P3 2OP3 4pj 5ps ；P3.0CR3D)PI 9P35P3 L(T^D3F3.P的⑶斗经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流 放大，驱动步进电机的各相绕组。

使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、 减速和停止等动作图中L1为步进电机的一相绕组OAT89C2051选用频率22MHz的晶振, 选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响图3中的RL1—RL4为绕组内阻，50Q电阻是一外接电阻，起限流作用，也是一个改 善回路时间常数的元件D1 —D4为续流二极管，使电机绕组产生的反电动势通过续流二极 管(D1—D4)而衰减掉，从而保护了功率管TIP122不受损坏在50Q外接电阻上并联一个200“F电容，可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿, 提高了步进电机的高频性能与续流二极管串联的200Q电阻可减小回路的放电时间常数， 使绕组中电流脉冲的后沿变陡，电流下降时间变小，也起到提高高频工作性能的作用3.软件设计该驱动器根据拨码开关 KX 、KY 的不同组合有三种工作方式供选择：方式1为中断方式：P3.5(INT1)为步进脉冲输入端，P3.7为正反转脉冲输入端上位机(PC机或单片机)与驱动器仅以2条线相连方式2为串行通讯方式：上位机（PC机或单片机）将控制命令发送给驱动器，驱动器根据控制命令自行完成有关控制过程。

方式3为拨码开关控制方式：通过K1—K5的不同组合，直接控制步进电机当上电或按下复位键KR后，AT89C2051先检测拨码开关KX、KY的状态，根据KX、KY 的不同组合，进入不同的工作方式以下给出方式1 的程序流程框图与源程序在程序的编制中，要特别注意步进电机在换向时的处理为使步进电机在换向时能平滑 过渡，不至于产生错步，应在每一步中设置标志位其中20H单元的各位为步进电机正转 标志位；21H单元各位为反转标志位在正转时，不仅给正转标志位赋值，也同时给反转标 志位赋值;在反转时也如此这样，当步进电机换向时，就可以上一次的位置作为起点反向 运动，避免了电机换向时产生错步图 4 方式 1 程序框图方式 1 源程序：MOV P1,#0C0H ;P1 口置初值，防止电机上电短路MOV TMOD,#60H ;T1 计数器置初值,开中断MOV TL1,#0FFHMOV TH1,#0FFHSETB ET1SETB EASETB TR1SJMP $;*********计**数器 1 中断程序************IT1P: JB P3.7,FAN ;电机正、反转指针;**********电**机* 正转*****************JB 00H,LOOP0JB 01H,LOOP1JB 02H,LOOP2JB 03H,LOOP3JB 04H,LOOP4JB 05H,LOOP5JB 06H,LOOP6JB 07H,LOOP7MOV 21H,#40HAJMPQUITLOOP1: MOV P1,#090HMOV20H,#04HMOV21H,#20HAJMPQUITLOOP2: MOV P1,#0B0HMOV20H,#08HMOV21H,#10HAJMPQUITLOOP3: MOV P1,#030HMOV20H,#10HMOV21H,#08HAJMPQUITLOOP4: MOV P1,#070HMOV20H,#20HMOV21H,#04HAJMP QUITLOOP5: MOV P1,#060HAJMP QUITLOOP6: MOV P1,#0E0HMOV20H,#80HMOV21H,#01HAJMPQUITLOOP7: MOV P1,#0C0HMOV20H,#01HMOV21H,#80HAJMPQUIT;************电**机*反转*****************FAN: JB 08H,LOOQ0JB 09H,LOOQ1JB 0AH,LOOQ2JB 0BH,LOOQ3JB 0CH,LOOQ4JB 0DH,LOOQ5JB 0EH,LOOQ6JB 0FH,LOOQ7LOOQ0: MOV P1,#0A0HMOV21H,#02HMOV20H,#40HAJMP QUITLOOQ1: MOV P1,#0E0HMOV21H,#04HMOV20H,#20HAJMPQUITLOOQ2: MOV P1,#0C0HMOV21H,#08HMOV20H,#10HAJMPQUITLOOQ3: MOV P1,#0D0HMOV21H,#10HMOV20H,#08HAJMPQUITLOOQ4: MOV P1,#050HMOV21H,#20HMOV20H,#04HAJMPQUITLOOQ5: MOV P1,#070HMOV21H,#40HMOV20H,#02HAJMPQUITMOV 20H,#01HAJMP QUITLOOQ7: MOV P1,#0B0HMOV 21H,#01HMOV 20H,#80HQUIT: RETIEND4.结论该驱动器经实验验证能驱动 0.5N.m 的步进电机。

将驱动部分的电阻、电容及续流二极 管的有关参数加以调整，可驱动 1.2N.m 的步进电机该驱动器电路简单可靠，结构紧凑， 对于I/O口线与单片机资源紧张的系统来说特别适用。