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步进电机驱动电路设计.doc
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步进电机驱动电路设计.doc
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步进电机驱动电路设计
摘 要
随着数字化技术开展,数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进电机是一种
将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停顿的特点。
因为步进电动机组成的控制系统构造简单,价格低廉,性能上能满足工业控制的根本
要求,所以广泛地应用于手工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外
围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器件以
及各种可控机械工具等等。直流电机广泛应用于计算机外围设备( 如硬盘、软盘和光盘
存储器) 、家电产品、医疗器械和电动车上, 无刷直流电机的转子都普遍使用永磁材料
组成的磁钢, 并且在航空、航天、汽车、精细电子等行业也被广泛应用。在电工设备中
的应用,除了直流电磁铁〔直流继电器、直流接触器等〕外,最重要的就是应用在直
流旋转电机中。在发电厂里,同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等,都是直流发
电机;锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外,在许多工业部门,例如大型轧钢设
备、大型精细机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等,
通常都采用直流电动机作为原动机来拖开工作机械的。直流发电机通常是作为直流电
源,向负载输出电能;直流电动机那么是作为原动机带动各种生产机械工作,向负载
输出机械能。在控制系统中,直流电机还有其它的用途,例如测速电机、伺服电机等。
他们都是利用电和磁的相互作用来实现向机械能能的转换。
介绍了步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块,通过 AT89S52 单片
机及脉冲分配器(又称逻辑转换器)L298 完成步进电机和直流电机各种运行方式的控制。
实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。整个系统采用模块化设计,构造简单、
可靠,通过按键控制,操作方便,节省本钱。
关键词:步进电机,单片机控制,AT89S52,L297,L298
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目 录
1 步进电动机..............................................................................................................................1
1.1 步进电机简介.................................................................................................................................................1
1.2 步进电机分类.................................................................................................................................................2
2.1 步进电机构造 .............................................................................................................................................2
2.2 步进电机的旋转方式 .................................................................................................................................3
3 设计原理..................................................................................................................................5
3.1 硬件电路组成.................................................................................................................................................5
3.2 步进电机控制电路.........................................................................................................................................5
3.2.1
计数器工作模式
......................................................................................................................................5
3.2.2
定时器工作模式
......................................................................................................................................6
4 步进电机驱动电路设计..........................................................................................................7
4.1 驱动芯片 L297...............................................................................................................................................7
4.2 驱动芯片 L298...............................................................................................................................................7
4.3 键盘电路.........................................................................................................................................................9
4.4 显示电路.........................................................................................................................................................9
5 步进电机控制程序................................................................................................................11
总 结.........................................................................................................................................14
致............................................................................................................................................14
参考文献...................................................................................................................................14
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1 步进电动机
1.1 步进电机简介
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精细执行元件,由于步
进电机具有控制方便、体积小等特点,所以在数控系统!自动生产线!自动化仪表!绘图
机和计算机外围设备中得到广泛应用。微电子学的迅速开展和微型计算机的普及与应
用,为步进电动机的应用开辟了广阔前景,使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控
制器得以用软件实现,既降低了硬件本钱又提高了控制的灵活性,可靠性及多功能性’
市场上有很多现成的步进电机控制机构,但价格都偏高。应用 SGS 公司推出的 L297
和 L298 两芯片可方便的组成步进电机驱动器,并结合 51 单片机进展控制,即可以实
现用相对廉价的价格组成一个性能不错的步进电机驱动电路。
图 1 步进电机
步进电机把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。在自动控制装
置中作为执行元件。每输入一个脉冲信号,步进电动机前进一步,故又称脉冲电动机。
步进电动机多用于数字式计算机的外部设备,以及打印机、绘图机和磁盘等装置。
步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成,由此
驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间
的良好配合。
步进电机的优点是没有累积误差,构造简单,使用维修方便,制造本钱低,步进
电动机带动负载惯量的能力大,适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方,缺点
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是效率较低,发热大,有时会“失步〞。
1.2 步进电机分类
步进电动机分为机电式、磁电式及直线式三种根本类型。
1、机电式步进电动机
机电式步进电动机由铁心、线圈、齿轮机构等组成。螺线管线圈通电时将产生磁
力,推动其铁心心子运动,通过齿轮机构使输出轴转动一角度,通过抗旋转齿轮使输
出转轴保持在新的工作位置;线圈再通电,转轴又转动一角度,依次进展步进运动。
2、磁电式步进电动机
磁电式步进电动机主要有永磁式、反响式和永磁感应子式 3 种形式。永磁式步进
电动机由四相绕组组成。A 相绕组通电时,转子磁钢将转向该相绕组所确定的磁场方
向;A 相断电、B 相绕组通电时,就产生一个新的磁场方向,这时,转子就转动一角度
而位于新的磁场方向上,被鼓励相的顺序决定了转子运动方向。永磁式步进电动机消
耗功率较小,步矩角较大。缺点是起动频率和运行频率较低。
3、直线式步进电动机
有反响式和索耶式两类。索耶式直线步进电动机由静止局部〔称为反响板〕和移
动局部(称动子)组成。反响板由软磁材料制成,在它上面均匀地开有齿和槽。电机的动
子由永久磁铁和两个带线圈的磁极 A 和 B 组成。动子是由气垫支承,以消除在移动时的
机械摩擦,使电机运行平稳并提高定位精度。这种电机的最高移动速度可达 1.5 米/秒,
加速度可达 2g,定位精度可达 20 多微米。由两台索耶式直线步进电动机相互垂直组装
就构成平面电动机。给 x 方向和 y 方向两台电机以不同组合的控制电流,就可以使电
机在平面内做任意几何轨迹的运动。大型自动绘图机就是把计算机和平面电动机组合
在一起的新型设备。平面电动机也可用于激光剪裁系统,其控制精度和分辨力可达几
十微米。
2 步进电机工作原理
2.1 步进电机构造
电机转子均匀分布着 40 个小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与
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