步进电机驱动电路设计精华_电动机控制电路图讲解

电路图简介： 步进电机广泛应用于控制系统。它可以将脉冲信号转换为角位移，并可用作电磁制动轮、电磁差分器或角位移发生器。

步进电机广泛应用于控制系统。它可以将脉冲信号转换为角位移，并可用作电磁制动轮、电磁差分器或角位移发生器。

有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般不损坏)需要改用，一般需要自己设计驱动器。

1. 步进电机的工作原理

步进电机为一、四相步进电机，采用单极直流电源供电。步进电机的步进电机只要按照适当的时间顺序通电。图1是四相反应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相磁极与转子0、3齿对齐，转子1、4齿对齐C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿和D、A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相绕组的磁线与1、4齿之间的磁线，转子旋转，1、4齿与C相绕组的磁极对齐。0、3齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿和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，转子沿A、B、C、D方向转动。

根据通电顺序的不同，四相步进电机可分为三种工作模式：单四拍、双四拍和八拍。单四拍等于双四拍的步距角，但单四拍的旋转扭矩较小。八拍的步距角是单四拍和双四拍的一半。因此，八拍不仅可以保持较高的旋转扭矩，还可以提高控制精度。

单四拍、双四拍、八拍的电源通电时序和波形如图2所示.a、b、c所示：

图2.步进电机工作时序波形图

图3 步进电机驱动系统电路原理图

AT89C2051年将控制脉冲P1口的P1.4～P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，9014放大后控制光电开关。光电隔离后，电源管TIP放大脉冲信号的电压和电流，驱动步进电机的各相绕组。随着脉冲信号的不同，进电机进行正转、反转、加速、减速和停止。图中L一相绕组为步进电机。AT89C2051选用频率22MHz选择较高晶振的目的是在方法2下尽量减少晶振AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。

图3中的RL1～RL四是绕组内阻，50Ω电阻是一种外部电阻，起限流作用，也是改善电路时间常数的元件。D1～D4.电机绕组产生的反电动势是续流二极管（D1～D4)衰减保护了功率管TIP122不受损坏。

在50Ω外部电阻并联200μF电容器可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿，提高步进电机的高频性能。200年连接到续流二极管Ω电阻可以降低电路的放电时间常数，使绕组中电流脉冲的后缘陡峭，降低电流时间，提高高频工作性能。

2.软件设计

驱动器根据拨码开关KX、KY有三种工作方式可供选择：

方法1为中断方法：P3.5（INT1)步进脉冲输入端，P3.7为正反转脉冲输入端。（PC机器或单片机)与驱动器只有两条线连接。

方式2为串行通信方式：上位机（PC机器或单片机送给驱动器，驱动器根据控制命令自行完成相关控制过程。

方法3为拨码开关控制方法：通过K1～K5的不同组合，直接控制步进电机。

上电或按复位键KR后，AT89C2051年首先检测拨码开关KX、KY状态，根据KX、KY 不同的组合，进入不同的工作方式。程序流程框图和源程序给出了以下方法1。

在编程过程中，在换向时应特别注意步进电机的处理。为使步进电机在换向时平稳过渡，避免错步，应在每一步设置标志位。其中20H各单位为步进电机正转标志位；21H单位为反转标志位。正转时，不仅赋值正转标志位，还赋值反转标志位；反转时也是如此。这样，当步进电机换向时，上次的位置可以作为起点反向移动，避免电机换向时的错步。

图4 方法1程序框图

3.步进电机细分驱动电路

为了控制步进电机的相电流，分驱动电路，以控制步进电机的相电流，从而达到细分步进电机步距角的目的。随着微型计算机的发展，特别是单片计算机的出现，为步进电机的细分驱动带来了便利。目前，大多数步进电机细分驱动电路由单片微机控制。单片机计算各相绕组中通过的电流值，并输出到数模转换器（DPA） 中，由DPA 将数字量转换为相应的模拟电压，通过环分配器添加到各相功率放大器电路中，控制功率放大器电路通过相应的电流到各相绕组，实现步进电机的细分。根据末级功放管的工作状态，单片机控制的步进电机细分驱动电路可分为放大型和开关型(见下图5)。

图5 步进电机细分驱动电路

编辑点评：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。

锐单商城（www.ruidan.com）本地元器件目录经销商采用小批量、现货、样品的销售模式 快速交付的采购需求。锐单自建高效智能仓储，自营库存5万多种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选型替代等多元化 化服务。