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创新与选作实验六 步进电动机驱动系统的调试及使用.

创新与选作实验六 步进电动机驱动系统的调试及使用.
创新与选作实验六 步进电动机驱动系统的调试及使用.

创新与选作实验六步进电动机驱动系统的调试及使用

实验方案设计2学时,实验方案实施2学时。

一、实验设计参考目标

1.熟悉步进电机运行原理及其驱动系统的连接。

2.掌握步进电机性能特性及其与驱动器的关系。

3.了解步进电机驱动系统的加减速特性。

二、实验设计参考原理

1.步进电机的工作原理

2.步进电机的驱动电路控制方式

3.步进电机的主要特性

(1)步距角和步距误差

(2)静态矩角特性和最大静转矩特性

(3)步进电机矩频特性

三、实验设备、仪器、工具或材料

1.57HS13 两相混合式步进电动机一台;

2.M535 两相双极性细分驱动器一台;

3.CZ-0.5 5NM磁粉制动器一台;

4.光电编码器一只(2500或3600线,A、B、Z信号,带线驱动器输出);

5.世纪星数控系统一套;

6.可安装于步进电机轴上的惯量圆盘。

四、实验设计主要内容

1.步进电动机的工作原理;

2.步进电动机的驱动电路与控制方式;

3.步进电动机的主要特性;

五、实验步骤

1.步进电机安装于负载测试台上,松开与磁粉制动器的联轴器,光电编码器与步进电机连接.按图11 将步进电机、M535步进电机驱动器、HNC-21世纪星数控系统连接起来(参数HNC-21世纪星说明书2、9、3节);

2.HNC-21TF数控系统参数设置;

3.M535步进电机驱动器参数设置;

4.在线路和电源检查无误后,进行通电试运行,用手动或手摇发送脉冲,控制

电机慢速转动和正反转,在没有堵转等异常声音情况下,逐渐控制电机快速转动;

5.测定步进电机的步距角;

6.测定步进电机的静转矩特性;

7.测定步进电机的空载起动频率;

8.测定步进电机的起动惯频特性;

9.测定步进电机的运行矩频特性。

六、实验设计注意事项

注意步进电机绕组的联接方式(串联、并联),步进电机控制的加、减速对步进电机运行的作用,按什么原则来选择系统的加、减速时间常数。

七、实验数据、现象记录

八、实验实施过程思考点

1、描述步进电机控制原理;

2、说明开环控制框图;

3、区分步进电机控制系统的强、弱电连接;

4、简要说明步进电机控制系统投入运转的操作步骤;

5、比较步进电机绕组串联与绕组并联时,矩频特性之差别;

6、说明步进电机控制的加、减速对步进电机运行的作用,按什么原则来选择系统的加、减速时间常数;

7、在实验当中如出现故障,分析故障现象及采用何种措施排除故障。

步进电机控制实验

步进电机控制实验 一、实验目的: 了解步进电机工作原理,掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法,熟悉步进电机驱动程序的设计与调试,提高单片机应用系统设计和调试水平。 二、实验容: 编写并调试出一个实验程序按下图所示控制步进电机旋转: 三、工作原理: 步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一,例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移,也可以用步进电机带螺旋电位器,调节电压或电流,从而实现对执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号,不必进行数模转换,用起来非常方便。步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点,因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器,三相步进电机的结构原理如图所示。从图中可以看出,电机的定子上有六个等分磁极,A、A′、B、B′、C、C ′,相邻的两个磁极之间夹角为60o,相对的两个磁极组成一相(A-A′,B-B′,C-C′),当某一绕组有电流通过时,该绕组相应的两个磁极形成N极和S极,每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿,电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上,相邻两个齿之间夹角为9°。 当某一相绕组通电时,对应的磁极就产生磁场,并与转子形成磁路,如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐,则在磁场的作用下,转子将转动一定的角度,使转子和定子的齿相互对齐。由此可见,错齿是促使步进电机旋转的原因。 三相步进电机结构示意图 例如在三相三拍控制方式中,若A相通电,B、C相都不通电,在磁场作用下使转子齿和A相的定子齿对齐,我们以此作为初始状态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0

步进电机实验报告

. .. . 步进电机调速实验报告 班级:xx :xx 学号:xxx 指导老师:xx

步进电机调速实验报告 一、实验目的及要求: 1、熟悉步进电机的工作原理 2、熟悉51系列单片机的工作原理及调试方法 3、设计基于51系列单片机控制的步进电机调速原理图(要现电机的速度反馈测量,测量方式:数字测量) 4、实现51系列单片机对步进电机的速度控制(步进电机由实验中心提供,具体型号42BYG )由按钮控制步进电机的启动与停止;实现加速、匀速、和减速控制。速度设定由键盘设定,步进电机的反馈速度由LED数码管显示。 二、实验原理: 1.一般电动机都是连续旋转,而步进电动却是一步一步转动的,故叫步进电动机。步进电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制。步进电动机的转子为多极分布,定子上嵌有多相星形连接的控制绕组,由专门电源输入电脉冲信号,每输入一个脉冲信号,步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号,输出

的角位移是断续的,所以又称为脉冲电动机。随着数字控制系统的发展,步进电动机的应用将逐渐扩大。 进电动机需配置一个专用的电源供 电,电源的作用是让电动机的控制绕组 按照特定的顺序通电,即受输入的电脉 冲控制而动作,这个专用电源称为驱动 电源。步进电动机及其驱动电源是一个互相联系的整体,步进电动机的运行性能是由电动机和驱动电源两者配合所形成的综合效果。 2.对驱动电源的基本要求 (1)驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都要满足步进电动机的需要;(2)要满足步进电动机的起动频率和运行频率的要求; (3)能最大限度地抑制步进电动机的振荡; (4)工作可靠,抗干扰能力强; (5)成本低、效率高、安装和维护方便。 3.驱动电源的组成 步进电动机的驱动电源基本上由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器(也称功率放大器)三部分组成, 三、实验源程序: /*************** writer:shopping.w ******************/ #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar code FFW[]= {

单片机驱动步进电机程序代码

单片机驱动步进电机程 序代码 Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

/******************************************************** 实现功能:正转程序 使用芯片:AT89S52 晶振: 编译环境:Keil 作者: 【声明】此程序仅用于学习与参考,引用请注明版权和作者信息!********************************************************/ #include<> //库文件 #define uchar unsigned char //字符型宏定义 #define uint unsigned int //整型宏定义 uchar tcnt; //定时器计数初值定义 uint sec; //速度值定义 uchar buf[11]; uchar bai,shi,ge; /********************控制位定义*************************/ sbit shi_neng=P1^0; // 使能控制位 sbit fang_shi=P1^1; // 工作方式控制位 sbit fang_xiang=P1^2;// 旋转方向控制位 sbit mai_chong=P1^3; // 脉冲控制位 /********************延时函数***************************/ void delay1ms(uchar z) { uchar x,y; for(x=0;x

实验三PLC步进电机控制实验

实验三 PLC步进电机控制实验 一、实验目的 1、掌握步进电机工作原理; 2、用PLC构成五相步进电机控制系统。 二、实验要求 1、通过实验,加深并验证学过的理论知识,掌握实验的基本方法和实验原理; 2、正确使用仪器设备; 3、认真观察仪器设备的运动方式,独立编写控制程序并进行操作。 4、学生在实验过程中,应学会独立思考,应用所学专业理论知识分析和解决实验中遇到的具体问题; 三、实验原理 步进电机工作原理 步进电机按工作原理可分为电磁式、磁阻式、永磁式、混合式四类。其中混合式步进电机从定子或转子的导磁体来看,它如反应式步进电机,所不同的是它的转子上置有磁钢,反应式转子则无磁钢。从它的磁路内含有永久磁钢这一点来说,又可以说它是永磁式,但因其结构不同,使其作用原理及性能方面,都与永磁式步进电机有明显区别。它好像是反应式和永磁式的结合,所以常称为混合式。混合式步进电机具有驱动电流小,效率高,过载能力强、控制精度高等特点,是目前市面上应用最为广泛的一种步进电机。 四、实验所用仪器 1、三菱FX1N-60MR一台; 2、计算机一台; 五、实验步骤和方法 1、熟悉编程环境,输入所编制的程序; 2、接通实验箱电源、串口通讯线; 3、将程序下载至PLC并运行。 六、实验注意事项 经指导教师检查同意后,方可接通电源进行实验操作。 七、实验预习要求 1、预习PLC编程环境,上机前预先将控制程序编制完成; 2、预习步进电机工作原理。 八、实验报告要求 实验报告的主要内容 1、实验目的 2、实验所用仪器 3、实验原理方法简要说明 4、程序清单。

实验报告册样式

实验步骤: 1、熟悉编程环境,编制程序;

步进电机驱动及控制专业技术解答

步进电机驱动及控制技术解答 1.步进电机为什么要配步进电机驱动器才能工作? 步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角(转子与定子的机械结构所决定)一步一步运行的, 其特点是每旋转一步,步距角始终不变,能够保持精密准确的位置。所以无论旋转多少次,始终没有积累误差。由于控制方法简单,成本低廉,广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动, 这就是步进电机驱动器。它接收控制系统发出的脉冲信号,按照步进电机的结构特点,顺序分配脉冲,实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时,能够产生两种状态:制动加载能够产生最大或部分保持转矩(通常称为刹车保持,无需电磁制动或机械制动)及转子处于自由状态(能够被外部推力带动轻松旋转)。步进电机驱动器必须与步进电机的型号相匹配。否则将会损坏步进电机及驱动器。 2.什么是驱动器的细分?运行拍数与步距角是什么关系? “细分”是针对“步距角”而言的。没有细分状态,控制系统每发一个步进脉冲信号,步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。步进电机的参数,都会给出一个步距角的值。如110BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°),这是步进电机固有步距角。通过步进电机驱动器设置的细分状态,步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度,从而实现更为精密的定位。以110BYG250A电机为例,列表说明: 可以看出,细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整步)的几分指一。例如,驱动器工作在10细分状态时,其步距角只有步进电机固有步距角的十分之一。当驱动器工作在不细分的整步状态时,控制系统每发一个步进脉冲,步进电机旋转1.8°;而用细分驱动器工作在10细分状态时,电机只转动了0.18°。其实,细分就是步进电机按照微小的步距角旋转,也就是常说的微步距控制。当然,不同的场合,有不同的控制要求。并不是说,驱动步进电机必须要求细分。有些步进电机的步距角设计为3.6°、7.5°、15°、36°、180°,就是为了加大步距角,以适应特殊的工况条件。细分功能,只由驱动器采用精确控制步进电机的相电流方法,与步进电机的步距角无关,而与步进电机实际工作状态相关。 运行拍数与驱动器细分的关系是:运行拍数指步进电机运行时每转一个齿距所需的脉冲数。例如:110BYG250A电机有50个齿,如果运行拍数设置为160,那么步进电机旋转

实验6(步进电机实验)

实验6:步进电机实验 一、实验目的 了解直流电机和步进电机的工作原理 学会Linux下用软件的方法实现步进电机的脉冲分配,用软件 的方法代替硬件的脉冲分配器 二、实验内容 学习步进电机的工作原理,了解实现电机转动对于系统的软件和硬件要求。学习ARM知识,要掌握I/O的控制方法。Linux下编程实现ARM的四路I/O通道实现环形脉冲分配用于控制步进电机的转动。 三、预备知识 C语言的基础知识、程序调试的基础知识和方法,Linux的基本操作。Linux关于module的必要知识。 四、实验设备及工具 硬件:UP-NETARM2410-S嵌入式实验平台、PC机Pentium 500以上,硬盘10G以上 软件:PC机操作系统REDHAT LINUX 9.0+MINICOM+ARM-LINUX开发环境 五、实验原理 1、步进电机概述 步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件,它实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动,输出功率一般很小,其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动,用途很广。使用多相步进电动机时,单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号,在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器,电动机各相的通电状态就发生变化,转子会转过一定的角度(称为步距角)。正常情况下,步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比;连续输入一定频率的脉冲时,电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系,不受

电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入,所以特别适合于微机控制。 2、步进电机的种类 目前常用的步进电机有三类: 1、反应式步进电动机(VR)。它的结构简单,生产成本低,步距角可以做的相当小,但动态性能相对较差。 2、永磁式步进电动机(PM)。它的出力大,动态性能好;但步距角一般比较大。 3、混合步进电动机(HB)。它综合了反应式和永磁式两者的优点,步距角小,出力大,动态性能好,是性能较好的一类步进电动机。 3、步进电机的工作原理 现以反应式三相步进电机为例说明其工作原理。定子铁心上有六个形状相同的大齿,相邻两个大齿之间的夹角为60度。每个大齿上都套有一个线圈,径向相对的两个线圈串联起来成为一相绕组。各个大齿的内表面上又有若干个均匀分布的小齿。转子是一个圆柱形铁心,外表面上圆周方向均匀的布满了小齿。转子小齿的齿距是和定子相同的。设计时应使转子齿数能被二整除。但某一相绕组通电,而转子可自由旋转时,该相两个大齿下的各个小齿将吸引相近的转子小齿,使电动机转动到转子小齿与该相定子小齿对齐的位置,而其它两相的各个大齿下的小齿必定和转子的小齿分别错开正负1/3的齿距,形成“齿错位”,从而形成电磁引力使电动机连续的转动下去。 和反应式步进电动机不同,永磁式步进电动机的绕组电流要求正,反向流动,故驱动电路一般要做成双极性驱动。混合式步进电动机的绕组电流也要求正,反向流动,故驱动电路通常也要做成双极性。 4、开发板中步进电机控制的实现 本开发板中使用的步进电机为四相步进电机。转子小齿数为64。 系统中采用四路I/O进行并行控制,ARM控制器直接发出多相脉冲信号,在通过功率放大后,进入步进电机的各相绕组。这样就不再需要脉冲分配器。脉冲分配器的功能可以由纯软件的方法实现。

步进电机的控制实验报告

步进电机的控制实验报告 一、实验目的 1.学习步进电机的工作原理。 2.了解步进电机的驱动电路。 3.学会用单片机控制步进电机。 二、实验器件 1.T IVA C 系列芯片,电机模块和LCD显示模块。 2.电脑以及CCS开发软件。 三、实验内容 设计一个简单的程序驱动步进电机并控制转速,通过LCD板上的滚轮装置可以调节步进电机的转速。 四、实验原理 双极性四线步进电机:一般双极性四线步进电机线序是 A B A/ B/, 其中A 与A/是一个线圈,B和B/是一个线圈,一般这种驱动需要的是H桥电路。 H双极性四线步进电机驱动相序: 1.单相四拍通电驱动时序 正转: A/ B A B/ 反转: B/ A B A/ 2.双相通电四拍驱动时序 正转:A/B AB AB/ A/B/ 反转:A/B/ AB/ AB A/B 3.半步八拍驱动时序 正转:A/ A/B B AB A AB/ B/ A/B/ 反转:A/B/ B/ AB/ A AB B A/B A/

DRV8833驱动芯片: DRV8833为玩具、打印机及其他机电一体化应用提供了一款双通道桥式电机驱动器解决方案。该器件具有两个H 桥驱动器,并能够驱动两个直流(DC)电刷电机、一个双极性步进电机、螺线管或其他电感性负载。每个H桥的输出驱动器模块由N沟道功率MOSFET组成,这些MOSFET被配置成一个H桥,以驱动电机绕组。每个H桥都包括用于调节或限制绕组电流的电路。借助正确的PCB设计,DRV8833的每个H桥能够连续提供高达1.5-ARMS(或DC)的驱动电流(在25℃和采用一个5VVM电源时)。每个H桥可支持高达2A的峰值电流。在较低的VM电压条件下,电流供应能力略有下降。该器件提供了利用一个故障输出引脚实现的内部关断功能,用于:过流保护、短路保护、欠压闭锁和过热。另外,还提供了一种低功耗睡眠模式。 DRV8833内置于16引脚HTSSOP封装或采用PowerPAD?的QFN封装(绿色环保:RoHS和无Sb/Br)。 图1 H桥电路真值表 设计思路:使用单相四拍通电驱动时序驱动步进电机。用单片机生成四个占空比为25%相位逐个延迟90度的PWM信号,按照特定顺序输入到驱动芯片的AIN1、AIN2、BIN1、BIN2引脚。通过调节LCD模块上的滚轮来调节PWM信号的周期从而控制步进电机的转速。调节的频率范围是25HZ-50HZ。步进电机的转速信息通过传感器采样送到单片机,信息处理后送到LCD显示模块显示。 实验主程序: int main(void) { uint32_t pui32ADC0Value[1]; // 保存ADC采样值 int speed = 0; uint32_t cur_Period, old_Period = 0; // 根据滚轮ADC转换值换算出当前的时间周期值 // 系统时钟设置 SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_64 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ); // 初始化滚轮 Init_ADCWheel();

步进电机驱动器控制信号接口说明

. .. 步进电机驱动器控制信号接口说明 驱动器是把计算机控制系统提供的弱电信号放大为步进电机能够接受的强电流信号,控制系统提供给驱动器的信号主要有以下三路: 1.步进脉冲信号CP:这是最重要的一路信号,因为步进电机驱动器的原理就是要把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说:驱动器每接受一个脉冲信号CP,就驱动步进电机旋转一步距角, CP的频率和步进电机的转速成正比, CP的脉冲个数决定了步进电机旋转的角度。这样,控制系统通过脉冲信号CP就可以达到电机调速和定位的目的。 2.方向电平信号 DIR:此信号决定电机的旋转方向。比如说,此信号为高电平时电机为顺时针旋转,此信号为低电平时电机则为反方 向逆时针旋转。此种换向方式,我们称之为单脉冲方式。另外,还有一种双脉冲换向方式:驱动器接受两路脉冲信号(标注为CW和CCW),当其中一路(如CW)有脉冲信号时,电机正向运行,当另一路(如CCW)有脉冲信号时,电机反向运行。用户使用何种方式,由拨位开关设定。 3.使能信号EN:此信号在不连接时默认为有效状态,这时驱动器正常工作。当此信号回路导通时,驱动器停止工作,这时电机处于无力矩状态(等同于本公司SH系列驱动器的FREE信号),此信号为选用信号。 为了使控制系统和驱动器能够正常的通信,避免相互干扰,我们在驱动器内部采用光耦器件对输入信号进行隔离,三路信号的内部接口电路相同,常用的连接方式为①共阳方式:把CP+、DIR+和EN+接在一起作为共阳端接外部系统的+5V,脉冲信号接入CP-端,方向信号接入DIR-端,使能信号接入EN-端;②共阴方式:把CP-、DIR-和EN-接在一起作为共阴端接外部系统的GND,脉冲信号接入CP+端,方向信号接入DIR+端,使能信号接入EN+端;③差动方式:直接连接。 驱动器输入信号内部接口示意图 如果驱动器输入信号为电压信号,要求:3.6V≤高电平≤5.5V; -5.5V≤低电平≤0.3V,最常用的为TTL电平。 如果驱动器输入信号为电流信号,要求:7mA≤高电流≤18mA; -18mA≤低电流≤0.2mA。 不管是电压信号还是电流信号,最终转化为光耦器件的输入电流以达到信号传输的目的(参考上图),如果电压信号的幅值超出以上要求的范围须在外部另加限流电阻R,保证给驱动器内部光耦提供7-18mA的驱动电流,参见下图和下表。 步进电机的运行是由脉冲信号控制的,步进电机在脉冲信号的有效沿到来的时刻移动一个步距角,本系列驱动器的有效沿是指:脉冲信号电流“由小到大”的时刻,或者说脉冲电平“由低到高”的时刻,或者说是驱动器内部光耦“由截止到打开”的时刻。 脉冲信号的频率要求不大于200KHz; 脉冲信号的宽度要求不小于2μS。 脉冲信号的驱动电流要求为7-18mA 电机换向时,一定要在电机降速停止后再换向。换向信号要求在前一个方向的最后一个脉冲有效沿结束至少5μS以上才能改变换向信号,且不滞后下一个脉冲信号的有效沿。 如果使用双脉冲CW/CCW方式,则要求下一个方向的第一个脉冲(如CCW)在前一个方向的最后一个脉冲(CW)有效沿后至少5μs才能有效。

步进电机实验报告剖析

北华航天工业学院 课程设计报告(论文) 课程名称:微机控制技术课程设计 设计课题:步进电机的控制系统 专业班级: 学生姓名: 指导教师: 设计时间:2013年06月11日

北华航天工业学院电子工程系 微机控制技术课程设计任务书 姓名:专业:班级: 指导教师:职称:教授时间:2013.6.11 课程设计题目:步进电机的控制系统 设计步进电机单片机控制系统,其功能如下: 1.具有对步进电机的启停、正反转、加减速控制; 2.控制按钮分别为正转、反转、加速、减速、以及停止键; 3.能够通过三位LED数码管(或液晶显示器)显示当前的转动速度,并且由两只不同颜色的发光二极管分别指示正转和反转,因此可以清楚的显示当前转动方向和转速; 4.要求每组选择的步进电机控制字不同; 5.用单片机做控制微机; 应用软件:keil protues 成果验收形式: 1.课程设计的仿真结果 2.课程设计的报告书 参考文献: 【1】张家生. 电机原理与拖动基础【M】. 北京:北京邮电大学出版社,2006. 【2】马淑华,王凤文,张美金. 单片机原理与接口技术【M】.北京:北京邮电大学出版社,2007. 【3】顾德英,张健,马淑华.计算机控制技术【M】. 北京:北京邮电大学出版社,2006. 【4】张靖武,周灵彬. 单片机系统的PROTEUS设计与仿真【M】. 北京:电子工业出版社,2007 第16周 时间 安排 指导教师教研室主任: 2013年06 月11日

内容摘要 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件,它广泛应用于工业机械的数字控制,为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优,根据控制系统功能要求及步进电机应用环境,确定了设计系统硬件和软件的功能划分,从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计,实现了四相步进电机的正反转,急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用,系统设计了两个外部中断,以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能,也即数控机床的刀架自动进给运动,随着单片机技术的不断发展,单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛,自六十年代初期以来,步进电机的应用得到很大的提高。 关键词:步进电机单片机数码管显示

步进电机工作原理、驱动控制系统与选型

步进电机工作原理、驱动控制系统与选型 一、感应子式步进电机工作原理 (一)反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构: 电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3て,C与齿3向右错开2/3て,A'与齿5相对齐,(A'就是A,齿5就是齿1)下面是定转子的展开图: 2、旋转: 如A相通电,B,C相不通电时,由于磁场作用,齿1与A对齐,(转子不受任何力以下均同)。 如B相通电,A,C相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3て,此时齿3与C偏移为1/3て,齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。 如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又向右移过1/3て,此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电,B,C相不通电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3て。 这样经过A、B、C、A分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A 相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A,B,C,A……通电,

电机就每步(每脉冲)1/3て,向右旋转。如按A,C,B,A……通电,电机就反转。 由此可见:电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A这种导电状态,这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3て变为1/12て,1/24て,这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机,出于成本等多方面考虑,市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩: 电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量Ф)当转子与定子错开一定角度产生力 F与(dФ/dθ)成正比 其磁通量Ф=Br*S ;Br为磁密;S为导磁面积; F与L*D*Br成正比;L为铁芯有效长度;D为转子直径;Br=N·I/RN·I为励磁绕阻安匝数(电流乘匝数)R为磁阻。 力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比(只考虑线性状态) 因此,电机有效体积越大,励磁安匝数越大,定转子间气隙越小,电机力矩越大,反之亦然。 (二)感应子式步进电机

步进电机控制驱动电路设计.

实习名称:电子设计制作与工艺实习 学生姓名:周文生 学号:201216020134 专业班级:T-1201 指导教师:李文圣 完成时间: 2014年6月13日 报告成绩:

步进电机控制驱动电路设计 摘要: 本设计在根据已有模电、物电知识的基础上,用具有置位,清零功能的JK 触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器,来对555定时器产生的脉冲进行分配,通过功率放大电路来对步进电机进行驱动,并且产生的脉冲的频率可以控制,从而来控制步进电机的速度,环形分配器中具有复位的功能,在对于异常情况可以按复位键来重新工作。 关键字:555定时器脉冲源环行分配器功率放大电路 一、方案论证与比较: (一)脉冲源的方案论证及选择: 方案一:采用555定时器产生脉冲,它工作频率易于改变从而可以控制步进电机的速度并且工作可靠,简单易行。 C2 10uF 图一 555定时器产生的方法 方案二:采用晶振电路来实现,晶振的频率较大,不利于电机的工作,易失步,我们可以利用分频的方法使晶振的频率变小,可以使电机工作稳定,但分频电路较复杂,并且晶振起振需要一定的条件,不好实现。

X1 1kohm 1kohm 图二晶振产生脉冲源电路 综上所述,我们采用方案一来设计脉冲源。 (二)环形分配器的设计: 方案一:采用74ls194通过送入不同的初值来进行移位依此产生正确的值使步进电机进行转动。但此方案的操作较复杂,需要每次工作时都要进行置位,正反转的操作较复杂,这里很早的将此方案放弃。 方案二:使用单独的JK 触发器来分别实现单独的功能。 图三双三拍正转 图四单三拍正转

图五三相六拍正转 利用单独的做,电路图较简单,单具体操作时不方便,并且不利于工程设计。块分的较零散,无法统一。 方案三:利用JK触发器的自己运动时序特性设计,利用卡诺图来进行画简。 图六单,双三拍的电路图 单,双三拍的正,反转主要由键s1,s2的四种状态来决定四种情况的选择。

步进电机实验报告

步进电机调速实验报告 班级:XX ________ 姓名:XX ___________ 学号: XXX 指导老师:XX

步进电机调速实验报告 、实验目的及要求: 1、熟悉步进电机的工作原理 2、熟悉51系列单片机的工作原理及调试方法 3、设计基于51系列单片机控制的步进电机调速原理图(要求实现电机的速度反馈测 量,测量方式:数字测量) 4、实现51系列单片机对步进电机的速度控制(步进电机由实验中心提供,具体型号 42BYG)由按钮控制步进电机的启动与停止;实现加速、匀速、和减速控制。速度设定 由键盘设定,步进电机的反馈速度由LED数码管显示。 二、实验原理: 1. 一般电动机都是连续旋转,而步进电动却是一步一步转动的,故叫步进电动机。步进 电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转 动一个角度,因此非常适合于单片机控制。步进电动机的转子为多极分布,定子上嵌有 多相星形连接的控制绕组,由专门电源输入电脉冲信号,每输入一个脉冲信号,步进电 动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号,输出的角位移是断续的,所以又称为 脉冲电动机。随着数字控制系统的发展,步进电动机的应用将逐渐扩大。 进电动机需配置一个专用的电源供电,电源的作用是让电动机的控制绕组按 照特定的顺序通电,即受输入的电脉冲控制而 动作,这个专用电源称为驱动电源。步进电动 机及其驱动电源是一个互相联系的整体,步进 图&步1誉赳动机驱动电源迪打框圏电动机的运行性能是由电动机和驱动电源两者 配合所形成的综合效果。 2.对驱动电源的基本要求 (1)驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都要满足步进电动机的需要; (2)要满足步进电动机的起动频率和运行频率的要求; (3)能最大限度地抑制步进电动机的振荡; (4)工作可靠,抗干扰能力强; (5)成本低、效率高、安装和维护方便。

基于单片机的步进电机驱动控制

基于单片机的步进电机驱动控制 一、步进电机概述 1.步进电机的定义 步进电机指的是以数字脉冲信号作为电机线或教位移的控制信号,并以数字脉冲频率对电机的转速进行控制的动力控制系统。 在负载正常范围的情况下,步进电机的运行状态只和数字脉冲发生器提供的信号的频率和脉冲占空比有关,一般情况下,电机的状态不受负载的影响。电机的运行角度只和每次所给予的脉冲信号强度有关,而电机的运行速度也只和脉冲信号的频率有直接关 系。这种采用弱点控制强电的控制方式使得步进电机在速度、位移等控制领域有着普通电机不能比拟的优势。 2.驱动控制系统框图 步进电机控制系统有着精确控制、运行稳定的特性,这一其他电机不能比拟的优势使得步进电机得到了广泛的应用。而一般对步进电机控制系统的驱动必须要包含脉冲信 号发生部分,功放部分和驱动控制部分等几个模块电路,我们根据这些通过的模块电路,可将步进电机控制系统的通用框图绘制如下: 在上图的步进电机驱动控制系统方框图中,控制步进电机运行状态的脉冲信号一 般由集成芯片产生,可以是单片机、等智能芯片,也可以是一般的数字电路集成芯片。信号分配环节则要根据步进电机的型号来选择,如四相步进电机有四相四拍和四相 八拍种信号分配的方式;两相步进电机有两相四拍和八拍等脉冲加载形式。功放部分 在驱动环节上显得尤为重要。动态平均电流是步进电机转矩大小的决定因素,前提条件 是电机的速度。电机力矩与平均电流成正比,驱动系统对电机的反电势消弱越多,则平 均电流就越大。 我们一般可以用恒压和恒压串电阻的方法来驱动,或者在条件允许的情况下我们可以用高低压驱动、恒流和细分数等方法来驱动实际的应用过程种,多采用数字集成驱 动芯片作为步进电机的驱动手段。 二、现阶段国内外步进电机驱动的常用方式 1.变频器控制方式 使用变频器对步进电机进行驱动控制时,可以很好的解决步进电机在启动和停止时 容易失步的问题,提高了系统的控制精度。但是变频器的应用成本较高,结构和操作也 比较复杂,无形中提高步进电机的控制难度。 2.PLC控制方式 使用ABB、西门子、欧姆龙等国际知名生产制造商研发的系列产品可以 实现对步进电机的理想化控制,但是基于核心的步进电机控制系统成本高昂,且 难以实现精确控制,在本系统中不太适合。 3.单片机控制方式 随着嵌入式系统在工业控制领域中的广泛应用,以单片机特别是系列单片机 作为控制核心的步进电机控制电路在生产生活领域得到了普及,单片机有着大规模数字

步进电机实验报告

Arduino步进电机实验报告 步进电机是将电信号转变为或的开环控制电机,是现代数字程序控制系统中的主要执行元件,应用极为广泛。在非超载的情况下,的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制来控制电机转动的和,从而达到调速的目的。 实验目的: (1)了解步进电动机工作原理。 (2)熟悉步进电机驱动器使用方法。 (3)掌握步进电动机转向控制编程。 实验要求: (1)简要说明步进电动机工作原理。 (2)熟记步进电机驱动器的使用方法。 (3)完成步进电动机转速转向控制编程与实现。 (4)提交经调试通过的程序一份并附实验报告一份。 实验准备: 1. ArduinoUNOR3开发板 Arduino是一块基于开放原始代码的Simplei/o平台,并且具有开发语言和开发环境都很简单、易理解的特点。让您可以快速使用Arduino做出有趣的东西。它是一个能够用来感应和控制现实物理世界的一套工具。它由一个基于单片机并且开放源码的硬件平台,和一套为Arduino板编写程序的开发环境组成。Arduino可以用来开发交互产品,比如它可以读取大量的开关和传感器信号,并且可以控制各式各样的电灯、电机和其他物理设备。Arduino项目可以是单独的,也可以在运行时和你电脑中运行的程序(例如:Flash,Processing,MaxMSP)进行通讯。 2. ULN2003芯片 ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列,由七个硅NPN 复合晶体管组成。可以

电机驱动模块的使用

共享知识分享快乐 电机驱动模块的使用 2015212822 号学 张家梁学生姓名 应用物理学(通信基础科学)专业名称 理学院所在系(院) 指导教师韩康榕

日月年2017 4 4 卑微如蝼蚁、坚强似大象. 共享知识分享快乐 电机驱动模块的使用 张家梁 () 100876北京邮电大学,北京摘要:实验中使用电机驱动模块,采用一片双通道H桥电流控制电机驱动器DRV8833,可以同时驱动两个直流电机或一个步进电机,可通过代码改变DRV8833控制信号的占空比来改变电机的转速或LED的亮度,可以通过电流表、电压表、示波器等来完成对具体观测点的测量,对数据分析后验证功能是否正常。 信号驱动;示波器;PWM关键词:直流电机;步进电机;TI Cortex M4 The Use of Motor Drive Module JiaLiang Zhang (Department of Applied Physics, Beijing, BJ 10, China) Abstract:The motor drive module is used in the experiment,. The dual-channel H-bridge current control motor driver DRV8833 can drive two DC motors or one stepper motor at the same time. The duty cycle of the DRV8833 control signal can be changed by code to change the motor speed or LED Of the brightness, you can through the ammeter, voltmeter, oscilloscope, etc. to complete the measurement of the specific point of view, after the data analysis function is normal. Keywords: DC motor; stepper motor; TI Cortex M4; PWM signal driver; oscilloscope. 1引言 电机驱动模块包括直流电机和步进电机,同时由PWM信号驱动,从而改变电机转速。 直流电机的驱动程序需要液晶、滚轮、Tiva的PWM输出、定时器等多个模块共同配合完成。液晶用于显示电机转数、滚轮用来调节PWM 的占空比从而控制电机的转速、PWM 输出用于驱动直流电机旋转、而定时器则是用来检测电机的旋转数度。 2 实验原理 1.电机驱动模块布局 卑微如蝼蚁、坚强似大象. 共享知识分享快乐 2.直流电机的控制与测速 电路等效原理结构图:

步进电机实验报告

单片机实验 课程名称:步进电机表实验 授课班级:2010级自动化三班 任课教师:文远熔 计划学时:32学时 实验组员:张藤耀赵福亮王聪慧 秦菱蔚梁钦郑欢

目录 摘要………………………………………………………………………… 第一章概述…………………………………………………………………………………………. 1.1实验目的………………………………………………………………………… 1.2实验要求………………………………………………………………………… 1.3步进电机的介绍…………………………………………………………………… 1.4 研究思路………………………………………………………………………… 第二章硬件设计………………………………………………………….. 2.1 51单片机介绍…………………………………………………………………… 2.2 UIN2003A…………………………………………………………………………… 2.3 ZLG7290…………………………………………………………………………… 2.3.1 7290工作原理………………………………………………………………… 2.3.2 7290引脚图…………………………………………………………………… 第三章相关图像………………………………………………………………. 3.1 总电路图……………………………………………………………………… 3.2 7290控制数码管……………………………………………………………………… 3.3 程序流程图………………………………………………………………………… 3.3.1 控制框图………………………………………………………………………… 3.3.2 流程图………………………………………………………………………… 第四章调试………………………………………………………………………第五章心得体会…………………………………………………………………附录【一】系统程序……………………………………………………………附录【二】参考文献…………………………………………………………….

控制步进电机调速系统实验报告

华北科技学院计算机系综合性实验 实验报告 课程名称微机原理及应用 实验学期 2011 至 2012 学年第二学期学生所在系部电子信息工程学院 年级 2009 专业班级 学生姓名学号 任课教师 实验成绩 计算机系制

《微机原理及应用》课程综合性实验报告 开课实验室:计算机接口实验室2012年5月29日 实验题目微机控制步进电机调速系统 一、实验目的 1、了解计算机控制步进电机原理 2、掌握步进电机正转反转设置方法 3、掌握步进电机调速工作原理及程序控制原理 二、设备与环境 TPC-2003A 微机。 Vc++编译器。 三、实验内容 硬件接线图参考实验指导书。 软件编程在TPC-2003A自带的VC++编译环境下使用。 在通用VC++下编程,需要拷贝相关的库文件。 用汇编语言编写控制程序需注明原理。 四、实验结果及分析 1、实验步骤 1、按如下实验原理图连接线路,利用8255输出脉冲序列,开关K0~K6控制步进电机转速,K7控制步进电机转向。8255 CS接288H~28FH。PC0~PC3接BA~BD;PA口接逻辑电平开关。 2、编程:当K0~K6中某一开关为“1”(向上拨)时步进电机启动。K7向上拨电机正转,向下拨电机反转。 实验原理图

2.实验结果 按照实验步骤连接实验电路,检查无误后运行程序。可以看到,当开关k0到k6依次为高电平时,电机转速越来越慢,k0闭合时速度最快,k6闭合时速度最慢,当k0到k6的低位有闭合时,步进电机按最低位的转速运行,因为程序中的查询方式是从k0-k6,即在程序的优先级别中k0的级别是最高的而k7的优先级别是最低的。k7控制电机的正转与反转。 3.实验分析 (1)步进电机的工作原理: 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点,使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动 电路由脉冲信号来控制,所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 如图(b)所示:本实验使用的步进电机用直流+5V 电压,每相电流为0.16A,电机线圈 由四相组成:即: φ1(BA) φ2(BB) Φ3(BC) Φ4(BD) 驱动方式为二相激磁方式,各线圈通电顺序如下表所示。图(b) 表中首先向φ1 线圈-φ2 线圈输入驱动电流,接着φ2-φ3,φ3-φ4,φ4-φ1,又返回到φ1-φ2,按这种顺序切换,电机轴按顺时针方向旋转。 实验可通过不同长度的延时来得到不同频率的步进电机输入脉冲,从而得到多种步进速度。

步进电机驱动电路设计-参考模板

步进电机驱动电路设计 摘要 随着数字化技术发展,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, 具有快速起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单,价格低廉,性能上能满足工业控制的基本要求,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、精密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、大型精密机床、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动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源,向负载输出电能;直流电动机则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,结构简单、可靠,通过按键控制,操作方便,节省成本。 关键词:步进电机,单片机控制,AT89S52,L297,L298目录

步进电机控制方法

第四节 步进电机的控制与驱动 步进电机的控制与驱动流程如图4-11所示。主要包括脉冲信号发生器、环形脉冲分配器和功率驱动电路三大部分。 步进脉冲 方向电平 图4-11 步进电机的控制驱动流程 二、步进电机的脉冲分配 环形分配器是步进电机驱动系统中的一个重要组成部分,环形分配器通常分为硬环分和软环分两种。硬环分由数字逻辑电路构成,一般放在驱动器的内部,硬环分的优点是分配脉冲速度快,不占用CPU的时间,缺点是不易实现变拍驱动,增加的硬件电路降低了驱动器的可靠性;软环分由控制系统用软件编程来实现,易于实现变拍驱动,节省了硬件电路,提高了系统的可靠性。 1.采用硬环分时的脉冲分配 采用硬环分时,步进电机的通电节拍由硬件电路来决定,编制软件时可以不考虑。控制器与硬环分电路的连接只需两根信号线:一根方向线,一根脉冲线(或者一根正转脉冲线,一根反转脉冲线)。假定控制器为AT89S52单片机,晶振频率为12MHz,如图4-18:P1.0输出方向信号,P1.1输出脉冲信号。 则控制电机走步的程序如下: (1)电机正转100步 MOV 0FH,#100D ;准备走100步 CONT1: SETB P1.0 ;正转时P1.0=1 CLR P1.1 ;发步进脉冲的下降沿(设驱动器对于脉冲的下降沿有效) NOP ;延时(延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通) NOP ;延时(根据驱动器的需要,调整延时) SETB P1.1 ;发步进脉冲的上升沿 MOV 0EH,#4EH ;两脉冲之间延时20000μs(决定电机的转速) MOV 0DH,#20H ;20000的HEX码为4E20 CALL DELAY ;调用延时子程序 DJNZ 0FH,CONT1 ;循环次数减1后,若不为0则继续,循环100次 RET (2)电机反转100步 MOV 0FH,#100D ;准备走100步 CONT2: CLR P1.0 ;反转时P1.0=0 CLR P1.1 ;发步进脉冲的下降沿(设驱动器对于脉冲的下降沿有效) NOP ;延时(延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通) NOP ;延时(根据驱动器的需要,调整延时) SETB P1.1 ;发步进脉冲的上升沿

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