超声波电机驱动控制器毕业
设计
1 绪论 (1)
1.1 超声波电机概述 (1)
1.2 超声波电机驱动技术现状 (2)
1.2.1 超声波电机控制方法 (2)
1.2.2 驱动技术的发展 (2)
1.3 驱动电路的设计要求 (5)
2 驱动控制器总体方案设计 (5)
2.1 系统总体方案简介 (5)
2.2 DDS 技术工作原理及方案选择 (7)
2.2.1 DDS 技术概述 (7)
2.2.2 DDS 工作原理 (8)
2.2.3 DDS器件的选择 (9)
2.3 滤波电路方案选择 (12)
2.3.1 滤波器的原理与分类 (12)
2.3.2 滤波器件选择 (14)
2.4 放大电路方案选择 (15)
2.4.1 放大电路要求及电路初步设计 (16)
2.4.2 高压集成运算放大器的选定 (17)
2.4.3 前置放大器型号选择 (18)
3 硬件电路设计与实现 (18)
3.1 DDS 波形产生电路设计 (18)
3.1.1 AT89LS52 外围电路设计 (18)
3.1.2 AD9854 外围电路设计 (20)
3.2 带通滤波电路设计 (24)
3.3 功率放大电路设计 (27)
3.4 系统电源电路设计 (29)
4 软件设计与系统调试 (32)
4.1 系统软件基本结构 (32)
4.2 波形产生软件设计 (33)
4.2.1 AD9854 的工作模式 (33)
4.2.2 AD9854 的使用 (36)
致谢........................................... 错误！未定义书签。参考文献 (1)
1 绪论
1.1 超声波电机概述
超声波电机（Ultrasonic Motor，简称 USM）的基本结构及工作原理完全不同于传统的电磁电机，它不是以电磁作用传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动（频率≥20kHz），然后通过定、转子之间的接触和摩擦力将交变的振动转化成旋转运动或直线运动，实现从电能到机械能的能量转换[1]。由于超声波电机特殊的工作原理，它具有很多传统电磁电机无法比拟的优越性能，如低速大转矩、体积小、重量轻、功率密度大、响应速度快、微位移、不受电磁场的影响、掉电自保护、设计自由度大、可直接驱动负载等[2-4]。可以说，超声波电机技术是当今世界极有发展前途的技术之一。
目前 USM 产业化和实用化正在快速发展，在一定程度上开始取代某些小型电磁电机。国外在上世纪 90 年代开始进入超声波电机的实用化、商品化开发阶段。如日本已将超声波电机广泛用于照相机镜头的自动聚焦系统[5]；三星公司将微型超声波电机用于手机摄像头；美国JPL实验室研制的用于宇宙飞船船体检测的爬壁机器人驱动装置[6]；Akihiro 公司将其用于高档手表的振动报时；高档汽车中应更加广泛：座椅调整、方向盘位置调整、后视镜角度调整、以及应用于门窗、雨刮器、刹车传动装置等；此外办公设备、家电和 PC 机、平板振子输送纸机构、X-Y 绘图仪、直角坐标自动定位装置等也有所应用，体现了超声波电机广阔的应用前景[7]。日本在该领域的研究处于世界领先地位，几乎拥有大部分有关超声波电机的发明专利，并且个别种类的超声波电机已经实现产业化，在国民经济中发挥着重要作用[8]。我国在这方面的研究虽起步较晚（90 年代初），但也取得了一些突破性成果，如南京航空航天大学研究已经取得了原创性和先进性的成果，成功研制出十余种旋转型行波与驻波超声波电机，并且达到了小批量的产业化和商品化；清华大学已研制出直径1mm的弯曲旋转超声波电机；哈尔滨工业大
学研制出的三维接触驱动式超声波电机、无轴承新型超声波电机、双定子单转子式超声波电机等。
1.2 超声波电机驱动技术现状
1.2.1 超声波电机控制方法
根据超声波电机的运行机理，比较常用的控制方式如表1.1所示
表 1.1 几种常用控制方法比较
几种控制方法各自的优缺点决定了各自的应用场合:调频调速相应快，易于实现精确控制，对超声波电机最合适，但工作时谐振频率的漂移要求有自动跟踪频率电路;调相调速换向平滑，适用于需要频繁正反向换向的场合;调幅调速调节范围有限，电压过低压电元件会不起振，过高又会接近压电元件的工作极限，较高的电压对应用面也有限制，一般不太采用;脉宽调幅调速因为调节比较复杂一般也很少使用。
1.2.2 驱动技术的发展
超声波电机结构确定以后，其性能不仅取决于电机本身，在很大程度上取决于驱动控制系统设计的好坏。与普通电机不同的是：超声波电机属于容性负载，具有强烈的非线性特征，而且目前还没有没有适合于控制的数学模型[9]，这就决定了其驱动控制器的设计有别于普通电磁型电机感性负载的情况。因此，如何设计一个既满足性能要求又具有结构简单、实用、响应迅速、定位准确、精确度高等特点的 USM 的驱动控制系统，则是 USM 进一步小型化、产品化和实用化所首先需要解决的问题。下面对几种常见的驱动方案做一下简单介绍。
（1）典型的超声波电机驱动系统
基本的驱动电路框图如图 1.1 所示，由高频信号发生器产生基准的方波信号，经移相器分成两路相位差 90°的超声波电机所需频率的两相方波，再经过逆变升压电路，得到电机所需的驱动信号[10]。频率跟踪电路测得电机的电压信号来判断电机的是否工作在谐振频率点上，以此来调整高频信号发生器的输出信号。其中高频信号发生器经常采用的器件为LM 555、LM 565、4046等；逆变升压电路一般采用推挽式功放电路，用4个功率场效应管阵列，通过变压器耦合，与超声波电机的压电陶瓷组成谐振回路，如Panasonic公司、Shinsei 公司的马达都采用了场效应管阵列作为功放。
图 1.1 典型的超声波电机驱动系统原理框图
目前这种方法使用比较广泛，只是因为变压器必须与不同型号的超声波电机匹配，通用性差，而且变压器的存在极大阻碍了电源装置的小型化，影响超声波电机在特定场合的应用和产品开发。当产品要求体积小、重量轻（如照相机、便携设备等）时，使用变压器的超声波电机驱动装置几乎是不可能的。
近年来，随着 FPGA/CPLD、单片机和 DSP 技术的发展，逐渐抛弃了使用分离
元件搭建驱动电路的方法，将信号发生、分频移相以及控制电路等整合到大规模集成电路中，提高了信号的精度与稳定性，同时也使驱动系统小型化成为可能[11]。（2）基于直接数字频率合成技术（DDS）的驱动电路
传统的超声波电机驱动电路普遍存在体积大、性能单一等问题，难以利用计算机进行电机的控制特性研究。近年来发展起来的直接数字频率合成技术可以较好地解决上述问题。应用DDS技术搭建的驱动电路如图1.2所示，主要由 DDS 信号发生单元、信号功率放大单元构成。工作过程如下：控制器控制DDS信号发生单元产生两路独立的正弦信号，两路信号间的相位差可以在0°～360°范围内任意调节；两路信号分别经低通滤波器、高压运放进行放大，用于驱动超声波电机。将直接数字频率合成器作为信号发生单元，可以方便地实现调频、调相和调压，使电机运转在最佳状态[10]。
图 1.2 基于 DDS 技术的驱动电路
（3）采用 LLCC 谐振技术的驱动电源
在绝大多数传统驱动方式中，两相电路的品质因数不同且随时间变化，这将引起电压增益的严重畸变，导致两相正弦输出电压不稳定。因此，超声波电动机的动态性能很差。为解决这个问题，国外学者提出了利用高阶逆变器改进传统电路的方法，通常的做法是采用四阶LLCC型逆变器。与传统的驱动电路相比，该逆变器仅在每相电路中多加了两个电抗元件。它包含了三阶LCC型和LLC型逆变器的优点，所以运用LLCC型两相高频电压逆变器驱动超声波电动机，将会使电动机的工作性能更加优良。通过四个电抗元件之间的参数调节，可以使该电路工作在谐振频率下，此时输出电压的幅值和相位便不会因为品质因数的波动而受到影响。
图 1.3 传统驱动电路（A）与采用 LLCC 技术的驱动电路（B）的构成示意图
1.3 驱动电路的设计要求
根据超声波电机的结构特点和运动机理，对驱动电路的设计提出如下要求[11]：（1）提供在超声频段内具有一定功率的两相正交的同频、等幅的正弦交流电压；（2）为满足定子共振条件并产生行波，要求具有变频功能和鉴相功能；
（3）由于驱动电压值较高，电路应进行电器隔离式设计；
（4）超声波电机具有容性负载特性，需要设计匹配电路，以实现功率匹配、滤波和谐振升压的功能；
（5）为保证超声波电机正常的运行，应在驱动电路中设计相关对频率、电压等量的限制电路以及启动电路；
（6）根据电机的运动机理和应用要求，选择调压、调频或调相中的一种方式或混合方式进行调速和定位控制；
（7）为了满足超声波电机输出性能的稳定性，需要对电机的驱动、振动、运转等状态进行监测；
（8）系统应具有正、反转控制功能，同时为了弥补相同条件下正反转速度不一致的弊端，还应能实现正反转速度平衡控制；
（9）由于超声波电机的非线性，难以建立其数学模型。为了实现超声波电机快速、准确、稳定的控制，系统应选择合适的反馈信号和控制信号，并设计相关的控制算法。
2 驱动控制器总体方案设计
2.1 系统总体方案简介
超声波电机种类繁多，每种电机对于驱动的要求有很大不同。本课题研究的超声
波电机类型为环形行波超声波电机，无特殊说明，下文提到的超声波电机均为此类型。在超声波电机驱动系统中，微控制器一般会选择信号处理速度快的DSP，但考虑到实际性能需要，微控制器主要作用是向DDS器件发送控制字，接收反馈信号，运行信号处理程序，以及和上位机通信，对于速度要求并不是很高，单片机即能满足要求，另外，使用单片机作为微控制器还有控制简单，开发周期短、成本低等优点，故在方案中选择单片机作为微控制器。
本系统设计最重要的部分是DDS信号产生电路，经过比较，我们最终选定AD9854专用DDS芯片作为信号产生器件，系统其他部分电路设计围绕 AD9854 进行。在单片机选型中一个比较重要的问题，就是单片机同AD9854的电平匹配问题。AD9854采用3.3V 电源供电，为3.3V CMOS电平，而一般常用的51系列单片机都为5V供电，使用5V TTL电平，如果直接驱动AD9854，由于驱动电压过高，将会对AD9854造成不可恢复的损害，因此，在方案设计的时候，应选择3.3V供电，使用3.3V CMOS 电平的单片机。ATMEL 公司是世界上高级半导体产品设计、制造和行销的领先者，其生产的 51 系列的单片机型号丰富，性能优良，占有极大的市场分额。在本设计中选用了ATMEL公司生产的 AT89LS52 单片机，它采用3.3V电源供电，3.3V CMOS 电平，可以同AD9854直接相连，不用再设计电平转换电路，降低了硬件电路的复杂度。超声波电机速度特性具有严重的非线性，目前还没有建立精确的数学模型，导致其速度控制成为一个难点，在实际应用中必须加反馈电路，形成闭环控制以实现精确的速度控制。反馈电路一般有两种方式：间接反馈和直接反馈。超声波电机提供了一个孤极反馈，利用压电材料的压电效应，输出与电机转速成一定线性关系的电压信号，可以用此来控制驱动电路的波形产生芯片，形成闭环驱动电路。因为是间接测量，输出电压与电机转速也不是严格的的线性关系，准确度得不到保证，不适用于高精度场合。直接反馈一般是在电机轴上安装测速装置，如光电编码器，直接测出电机转速信息反馈给单片机，测量精确，有成熟的信号处理电路。本方案选择光电编码器作为直接反馈组成反馈电路。
综合以上几节内容，驱动电路最终方案的原理图如图 2.1 所示。以下比较详细的介绍系统主要部分的方案选定过程。
图 2.1 驱动电路方案原理图
2.2 DDS 技术工作原理及方案选择
为了实现超声波电机精确的位置和速度控制，需要产生两路正弦波，并使其频率在35~100KHz，振幅在0~140V，相位差在-180°~180°之间均能连续可调，还要保证信号的精确度和稳定度，直接数字频率合成技术（DDS）能够满足系统要求，故基于DDS技术设计了本方案。选取DDS芯片AD9854来产生两路正余弦电流信号，作为超声波电机的驱动信号，下面将对 DDS 的工作原理和系统的总体设计进行介绍。
2.2.1 DDS 技术概述
DDS或DDFS是Direct Digital Frequency Synthesis的简称，这个概念在1971 年由J. Tierney 和C. M. Tader等人在“A Digital Frequency Synthesis”一文种首次提出的[12]，被视为继直接合成，锁相频率合成技术之后的第三代频率合成技术[13]，它突破了前两种频率合成方法的局限性，从“相位”的概念出发进行频率合成，这种方法不仅可以产生不同频率的正弦波，而且可以控制波形的初始相位。在这一技术出现的初期，限于当时的技术和微电子工艺水平，其性能指标尚不能与已有的技术相比，因而并没有得到足够的重视，随着近年来现代集成工艺水平的高速发展，特别是在80年代末经过深入研究认识了DDS杂散成因及分布规律后，对DDS的相位累加器进行了改进，对ROM里的波形数据进行了压缩，使用抖动注入技术以及对DDS工艺结构和系统结构进行了改进，使得DDS技术得到了飞速的发展。目前它广泛应用于传统上需要信号频率源的各个场合，例如在雷达领域的捷变频雷达、有源相控阵雷达、低截获概率雷达，通信领域内的跳频通信、扩频通信，电子对抗领域的干扰和反干扰，仪器仪表领域的各种合成信号，医学领域等方面[14]。
目前，用DDS方法产生正弦波、方波、三角波信号以及其他复杂波形信号的技术逐渐得到重视，AD公司、Qualcomrn公司和Stanford公司一系列优良的 DDS 器件不断出现。通过数控电路能对DDS输出波形的频率，相位，幅度进行精确的控制，而且正在向高速高精方向发展，现在最先进的DDS芯片的参考时钟频率已可达到1GHz以上，可以输出从直流到400MHz之间的任意频率的信号。
2.2.2 DDS 工作原理
DDS 基本原理是利用奈奎斯特采样定律，经过查表后把一系列的数字量信号通过DAC 转换成模拟量信号输出，其基本的原理结构图如图 2.2 所示。
图 2.2 DDS 基本原理图
DDS 系统的核心是相位累加器，它由一个加法器与一个N 位相位寄存器构成，每来一个时钟脉冲，加法器将频率控制字与相位寄存器输出的相位数据相加，再把相加后的结果送至相位寄存器的输入端，使加法器在下一个时钟的作用下继续与频率控制字相加，这样，相位累加器在参考时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是输出的信号频率。
波形存储器是一个可编程只读存储器（PROM），存储的是以相位为地址的一个周期波的数字幅度信息，每个地址对应于正弦波中0°～360°范围的一个相位点。将相位寄存器的输出与相位控制字相加得到的数据作为一个地址对波形存储器进行寻址，查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度信号，驱动 DAC，输出模拟信号，低通滤波器滤除不需要的取样分量，输出频谱纯净的正弦波信号。
2.2.3 DDS器件的选择
由绪论列举的几种驱动方案以及各自的优缺点，再根据我们系统提出的具体
要求来选择方案，选择基于 DDS 技术的驱动方案作为我们的最终方案。
DDS 技术的具体实现形式有很多，最简单的方案是E2PROM内存储一个周期的相位幅值信息作为波形存储器，微控制器（一般是单片机）访问E2PROM产生相应的波形，这种方案实现简单，成本较低，但因为单片机要不断访问 E2PROM，而单片机的频率本身不是很高，不适合产生高频信号，而且通常单片机同时要运行其他程序，接收和处理其他信号，所以也不能保证产生信号的稳定性，故这种方案性能比较差，在实际应用中比较罕见。比较常见的方案大致有两种，一是采用专用的DDS器件，二是采用通用的可编程逻辑器件如CPLD、FPGA 等。前者在硬件搭建上要比后者复杂，需要DSP或者单片机作为微控制器，而且要为DDS 芯片和DSP或单片机设计很多外围电路，但其优点也很明显，这种方案一般是由微控制器直接发频率控制字K、相位控制字P和幅度控制字A给 DDS器件，不用考虑如何存储波形，如何实现相位累加器，如何访问波形存储器，如何产生系统时钟，如何减小相位噪声等复杂问题，因此在软件编程上前比后者要简单的多，可以采用汇编或者C语言编程，对于大多数熟悉这些编程语言的人而言，上手容易，开发周期短，而对于后者，可编程逻辑器件要同时作为微控制器和DDS器件，直接产生所需要的波形，采用软件编程（一般是VHDL 语言）组合与或非等基本门电路的方法实现特定的波形输出，所以必须考虑底层的硬件问题，对于没有此类经验的人来说，上手比较困难，开发周期比较长。此外专用DDS器件的生产厂商都是国际上著名的半导体厂商，其强大的制造工艺和数模混合电路设计能力能够保证输出波形的纯净，精度和对噪声的抑制，拥有优异的动态性能，从这个方面讲，采用专用的DDS器件更有优势。综合考虑以上各种因素，我们选择专用DDS芯片作为系统波形产生方法。
目前国际上生产专用DDS芯片的半导体厂商主要有美国的ADI、Qualcomm、Sciteq、Standford、Harris及Synegy等公司以及法国Omerga 、Dassault公司等。Qualcomm 公司推出了DDS系列Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368 等，其中Q2368 始终频率为130MHz，分辨率0. 03Hz，杂散-76dBc，变频时间0.1μs；Sciteq 公司推出的系列化DDS产品，其中的ADS - 431，时钟频率1. 6GHz，可正交输出，分辨率 1Hz，杂散- 45dBc，变频时间 30ns；ADI 公司推出的 DDS 系列，AD9850～AD9854、AD9951～AD9954、AD9858等输出覆盖0～1GHz范围，
而且全部内置了D/ A转换器，称为Complete- DDS，是目前市场上应用广泛、性价比较高的DDS器件[15]，ADI 公司在中国有广泛的销售渠道，购买比较容易，考虑以上因素，再根据我们提出的具体要求，根据性能够用，注重成本的原则，我们最终选择ADI公司生产的AD9854作为DDS器件。
2.3 滤波电路方案选择
AD9854产生的信号直接由器件内部的正余弦DAC输出，内部不含滤波器，其输出信号含有大量的高频噪声，该噪声可以分为两类：一类为DAC数模转换所带来的阶梯波分量及其高次谐波；另一类为AD9854内部系统时钟及其高次谐波，故信号输出端口需外接滤波器抑制噪声干扰，要求滤波器的衰减特性要陡直，延迟时间要短。下面介绍滤波电路的方案设计。
2.3.1 滤波器的原理与分类
滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。按照不同的分类标准，滤波器有下列几种不同的分类。
（1）按所处理的信号类型分为模拟滤波器和数字滤波器两种。（2）按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。低通滤波器：允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声；高通滤波器：允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量；带通滤波器：允许一定频段信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声；带阻滤波器：抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过；
图 2.3 低通、高通，带通、带阻滤波器衰减特性示意图
（3）按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。
无源滤波器：仅由无源元件（R、L和C）组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感 L 较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用。
有源滤波器：所谓有源即含有放大器件之类的元器件，即由无源元件（一般为电容电阻）和有源器件（如集成运算放大器）组成。这类滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，多阶级联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽（由于不使用电感元件）；缺点是：通带范围受有源器件（如集成运算放大器）的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不如无源滤波器高，在高压、高频、大功率的场合不适用。
（4）按传递函数分为巴特沃兹（Butterworth）滤波器，切比雪夫（Chebyshev）滤波器，椭圆函数滤波器，贝塞尔（Bessel）滤波器，高斯滤波器等巴特沃兹滤波器：滤波器阻带通带平坦，在幅度平坦前提下，带宽最宽，故又称最大平坦幅度滤波器。最大的优点是最易于设计，因为这种滤波器通带阻带内特性最为平坦，截止特性和相位特性都不错，对构成滤波器的器件要求也不严格，易于得到符合设计值的特性，故设计之初不知道哪种好时，一般选用巴特沃思。
切比雪夫滤波器通带内有等波纹起伏，阻带平坦，又称通带等波纹滤波器。优点是截止特性特别好，缺点是相位特性和群延时特性不太好。在对衰减特性要求较高，且相位要求不严的情况下，可以选取切比雪夫滤波器。
椭圆函数滤波器阻带通带都有波动，称为通带阻带等波纹滤波器。优点是截止特性比其他滤波器都好，可以产生比Butterworth、Chebyshev 或Bessel 滤波器更陡峭的截止，不过却在通带和止带入内容复杂的纹波，并造成高度的非线性相位响应，对器件要求严格。如果只对衰减特性有要求，可以选取椭圆函数滤波器。
贝塞尔滤波器通带内延时特性最平坦，相位特性好，同广泛应用的Buterworth 滤波器相比，具有最佳的线性响应，因而这种滤波器能够无失真的传送诸如方波、三角波等频谱很宽的信号，但其截止特性相当差。
高斯滤波器通带内的相位是等波纹变化的，用于决定频谱分析仪带宽的滤波器中。高斯滤波器在特性上与贝塞尔滤波器非常相似，但高斯型滤波器的群延迟特性不如贝塞尔滤波器的群延迟特性平坦。贝塞尔滤波器在进入阻带区以后才开始迅速趋近于零值的，而高斯滤波器的延时特性曲线则是在通带内就开始缓慢变化，并且趋近于零值的速度较慢。此外，截止特性也不好。
2.3.2 滤波器件选择
设计有源滤波器设计大致有三种方案，一是采用集成运放用经典的计算方法设计滤波器，二是采用专用滤波器，三是采用通用滤波器。第一种方法设计方便灵活，但电路元件较多，参数调节复杂，而且杂散电容会影响滤波器的性能[16]，设计时计算比较麻烦，一般采用查滤波器设计手册的办法进行设计，因为是采用分立元件的模拟电路，所以各个元件之间参数性能的一致性和对称性得不到保证，故电路的可靠性不高，对噪声的抑制效果也不好，所以不适用于高速高精的场合。专用滤波器是固定阶数，固定传递函数类型的滤波器，一般有 Butterworth 滤波器，Chebyshev 滤波器，椭圆函数滤波器，Bessel滤波器几种，阶数一般为四阶、六阶或八阶，有连续时间和开关电容两种类型，一般在程序控制下设置中心频率、品质因数、滤波器工作方式等参数，缺点是形式比较固定，在设计时有很多约束，器件选择方面也受限制。通用滤波器通常单片集成数个独立的二阶有源滤波器，通过外接电阻的方式组成 Butterworth、Chebyshev、椭圆函数、Bessel带通或低通滤波器，其中心频率、转折频率、Q 值、放大倍数等均可由外接电阻值加以确足，参数调整十分方便，通过简单的级联使单片滤波器芯片形成多阶滤波器，另外，一般还备有专用滤波器设计软件进行辅助设计和仿真，大
大减小了设计的工作量。通用滤波器是单片集成结构，高频工作时基本不受杂散电容的影响；对电阻误差也不敏感[17]。基于以上分析，选用通用滤波器作为滤波器设计方案。
目前比较著名的通用滤波器生产厂商为MAXIM和Burr-Brown（TI 旗下公司），MAXIM公司滤波器芯片产品线丰富，频域覆盖从直流到300KHz，单片级联最高可达8阶，可供选择的范围很广，常用的型号为MAX274、MAX275。相对于MAXIM公司丰富的产品线而言，Burr-Brown 公司可供选择的范围比较窄，频率范围也比较有限，比较常见的型号为 UAF42 等，表 2.1 列举了这几种器件的主要参数。
表 2.1 几种常见滤波器芯片主要参数
比较三种滤波器芯片可以看出，在截止频率范围方面三者都能满足要求，MAX27和MAX275在宽带增益积和谐波失真方面要比UAF42明显高一个数量级，故在精确度方面要比UAF42表现优异。
由MAX274辅助设计软件 274SOFT计算可知，当设计通带截止频率为45KHz~100KHz，阻带最小衰减为20dB，通带最大衰减为3dB时，Butterworth 滤波器最少为6阶，按照三者阶数计算，MAX274 只需要1片，MAX275需要2片，UAF42则需要4片，如果选择MAX275和UAF42，无疑会增加硬件的复杂度，另外，由滤波器的基本知识可知，有源滤波器的阶数越高，滤波得到的信号噪声越小，而系统对噪声和精度的要求是越高越好，MAX274可以设计高达8阶的Butterworth滤波器，且MAX274在精确度方面丝毫不逊色于其他两者，故综合考虑以上因素，选择单片阶数最高、精度极高的MAX274作为电路的滤波器芯片。
2.4 放大电路方案选择
AD9854 输出为单极性电流信号，经过带通滤波器滤掉了直流成分，变成了
双极性信号，输出电流典型值为10mA，最大为20mA，通过一阻值为50欧的电阻转化为电压信号，信号幅度典型值为0.5V（峰峰值），输出电流和电压都不能满足系统对驱动信号的要求，需要采用放大电路对输出信号进行功率放大。根据电机驱动信号的性能要求及电路各部分间的关系可得到放大电路的功能要求：
输入电压：0~0.5V 连续可调（峰峰值）输出电压：0~400V 连续可调（峰峰值）频率要求：45KHz~100KHz （正弦波）其电压放大倍数为800。这个比率很大，故在设计时采用了两级放大电路，第一级放大20倍，使用运算放大器把电压升高到±5V（峰值），第二级为功率放大电路，使输出电压和功率达到驱动电压的要求，下面介绍功率放大电路的方案设计。
2.4.1 放大电路要求及电路初步设计
一般的功放电路输出功率能达到几十瓦，在功率方面能满足电机要求，但电路中一般采用的是集成运算放大器，其典型电源电压值为±15V，最高可达几十伏，允许输出的电压值比电源值略低，而电机需要的驱动信号为电压峰峰值高达400V 的高压信号，所以普通的功放电路在电压方面不能满足要求，通常的做法有两种，一是采用高电流输出运放（如 OPA541），在电路后面加变压器来升高电压[12]；一是在电路后面加额外的高压增益级来实现。前者因为变压器体积较大，对电路的电磁干扰也很大，导致电路输出信号出现噪声和失真。后者一般使用功率场效应管搭建分立电路实现，元件的一致性和对称性得不到保证，故电路的可靠性不高，提高增益与相位滞后会增加放大器的噪声并降低其偏置特性，从而危及电路的稳定性。另外，因为功率器件发热比较大，要考虑散热的问题，增加了电路的复杂度。
目前国外已出现比较成熟的专用高压集成运算放大器，而且应用已经比较广泛，其中尤以 APEX微电子技术公司的PA系列高压功率放大器最为著名。PA 系列高压功率放大器有很宽的电源电压范围（14V~1200V），具有低漂移、低噪声特性，高转换率等特点。该类放大器内部采用共射共基放大输入电路结构，具有共模瞬态抑制功能和过压保护功能，这使得该类放大器具有高精度的特点。放大器具有很高的电源电压抑制比，可降低对高压稳压电路的要求。而且放大器集运算放大电路、功率放大电路、保护电路于一体，使电路集成度大大提高，减小了体积，提高了电路的可靠性[18]。在制造工艺方面，放大器内部混合集成电路结构采
用氧化铍衬底厚膜电路、陶瓷电容和半导体芯片使其可靠性得到大大地提高。超声焊接的铝线使其内部连接非常可靠，在常温下，外壳封装使其得到很好的密封和电绝缘[19]。
对比几种方案，考虑到电机对于驱动信号的精度要求较高，故选择 PA 系列高压集成运算放大器作为放大电路的核心。
2.4.2 高压集成运算放大器的选定
根据放大电路的性能要求可计算出所需放大器的参数：
（1）最高输出电压：400Vp-p（2）频率要求：0~100KHz（3）根据最高频率和最大电压波动范围计算所需转换速率 S.R.；
表 2.2 PA85 的主要参数
从上表可以看出PA85的最大输入失调电压为2mV，对于分辨率要求较高的超声波电机驱动电源来说，这个输入特性不能满足要求，在该电源的线性放大部分，采用高精度高速集成运放和PA85组成复合放大器，集成运放作为电路的前置放大器，由输入失调电压较小的前置放大器决定放大电路的输入失调电压以达到输入特性要求[15]。同时，前置放大器也能承担一部分信号放大任务，因为一般集成运放的输出电压不超过±13V（峰值），故初步设计前置放大器输出电压为±1 0V。电路原理图如图2.5所示。
图 2.5 功率放大电路原理图
2.4.3 前置放大器型号选择
因为信号频率比较高，所以前置放大器不仅要求输入失调电压小，而且转换速度要能够达到信号放大要求。
S . R. =2πfV(1×10-6) =2π×100000×10×(1×10-6) =6.28V /μS根据计算结果，选择ADI公司的OP37作为前置放大器。其偏置电压最小为 10μs，转换速度17 V /μs，能够满足系统要求。为了使电路简单，器件容易购买，故第一级放大电路也选择OP37作为放大器件。
3 硬件电路设计与实现
3.1 DDS 波形产生电路设计
在这部分电路中，单片机是整个控制电路的核心，AD9854 的初始化和控制字写入、反馈信号采集、输出信号的控制等任务都是通过单片机来管理和协调的；而 AD9854 是电路重要组成部分，直接决定了两路正弦波的精确度和相关度，因此单片机和 AD9854的外围电路设计就显得非常的重要。
3.1.1 AT89LS52 外围电路设计
AT89LS52是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。当电源电压为3.3V时，输出为标准3.3V COMS 电平，与 AD9854完全匹配。因为AT89LS52的片上资源丰富，在本设计中不需要外扩程序存储器和数据存储器，所以将单片机的EA/VP管脚接高电平，让单片机运行片内程序存储器内的代码。选用11.0592MHz 晶振，通过电容补偿，单片机的机器周期能很好的保持为lus，便于程序的编写调试，电源则由三端稳压电源芯片REG1117-3.3V供电，将5V输入电压稳压至 3.3V输出[16]。
AT89LS52 有在系统可编程功能（ISP），无需专用烧录器，不用频繁插拔单片机，方便简单。ISP 有并行和串行两种方式。并行方式电路比较复杂，需要占用很多资源，实际应用中不太常见。串行方式只需要使用P1.5~P1.7、VCC、GND、RST 六个引脚，占用资源少，简单易用，应用广泛，技术较为成熟，而且有很多专门的通信软件实现在系统编程，故在设计时采用了串行在系统编程，图 3.1 中JP1就是单片机的ISP接口。
AT89LS52 的主要外围电路如图 3.1 所示，包括电源电路，复位电路、晶振电路和ISP 接口，构成一个单片机的最小系统。
图 3.1 单片机系统电路
在图3.1中，网络标号D0~D7是数据总线，连接到 AD9854相应的并行编程
数据线上,A0A~A5A、A0B~A5B 分别是A片、B片 AD9854 的六位并行地址线，寻址AD9854内部40个寄存器。RESET、UD CLK、MODE、SHAPED、WR、RD 是两片AD9854的控制线，分别连接到其相应的管脚，控制 AD9854 的初始化、模式切换、数据更新、读写数据等。在 UD CLK、WR 管脚分别接了一个发光二极管，目的是在数据更新和写入数据时能够有一个视觉体验，便于以后调试和实验。另外在单片机电源端也接了一个发光二极管作为电源指示灯使用。AT89LS52可以通过串口通信电路与PC机通信，通过PC机来设置系统输出信号各项参数，还可以读出单片机当前工作状态和信息。本系统中使用的是目前最常用的串行通讯总线接口RS-232C，一个完整的RS-232C接口共需22根线，采用标准的25芯接口，在串行异步通信中只需要9根即可，而最简便的连接方法只需要三根线，本设计即采用的三线异步通信的方法。
串行通讯也会出现电平匹配的问题，本系统中选用了能转换3.3V CMOS 电平和EIA/TIA-232-E电平的MAX3232作为232通信芯片，电路原理图如图3. 2所示[22]。
图 3.2 串行通信电路
3.1.2 AD9854 外围电路设计
AD9854 功能强大，其主要特点如下[17]：
①输出频率高。工作频率最高300MHz，输出频率最高可达 120MHz；
②提供了1个4～20倍可编程倍频器，最低使用15MHz外部时钟即可产生300MHz系统时钟，减小了电路设计难度，降低了器件成本[24]；
超声波电机驱动控制器毕业 设计 1 绪论 (1) 1.1 超声波电机概述 (1) 1.2 超声波电机驱动技术现状 (2) 1.2.1 超声波电机控制方法 (2) 1.2.2 驱动技术的发展 (2) 1.3 驱动电路的设计要求 (5) 2 驱动控制器总体方案设计 (5) 2.1 系统总体方案简介 (5) 2.2 DDS 技术工作原理及方案选择 (7) 2.2.1 DDS 技术概述 (7) 2.2.2 DDS 工作原理 (8) 2.2.3 DDS器件的选择 (9) 2.3 滤波电路方案选择 (12) 2.3.1 滤波器的原理与分类 (12) 2.3.2 滤波器件选择 (14) 2.4 放大电路方案选择 (15) 2.4.1 放大电路要求及电路初步设计 (16) 2.4.2 高压集成运算放大器的选定 (17) 2.4.3 前置放大器型号选择 (18) 3 硬件电路设计与实现 (18) 3.1 DDS 波形产生电路设计 (18) 3.1.1 AT89LS52 外围电路设计 (18) 3.1.2 AD9854 外围电路设计 (20) 3.2 带通滤波电路设计 (24) 3.3 功率放大电路设计 (27)
3.4 系统电源电路设计 (29) 4 软件设计与系统调试 (32) 4.1 系统软件基本结构 (32) 4.2 波形产生软件设计 (33) 4.2.1 AD9854 的工作模式 (33) 4.2.2 AD9854 的使用 (36) 致谢........................................... 错误！未定义书签。参考文献 (1)
1 绪论 1.1 超声波电机概述 超声波电机（Ultrasonic Motor，简称 USM）的基本结构及工作原理完全不同于传统的电磁电机，它不是以电磁作用传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动（频率≥20kHz），然后通过定、转子之间的接触和摩擦力将交变的振动转化成旋转运动或直线运动，实现从电能到机械能的能量转换[1]。由于超声波电机特殊的工作原理，它具有很多传统电磁电机无法比拟的优越性能，如低速大转矩、体积小、重量轻、功率密度大、响应速度快、微位移、不受电磁场的影响、掉电自保护、设计自由度大、可直接驱动负载等[2-4]。可以说，超声波电机技术是当今世界极有发展前途的技术之一。 目前 USM 产业化和实用化正在快速发展，在一定程度上开始取代某些小型电磁电机。国外在上世纪 90 年代开始进入超声波电机的实用化、商品化开发阶段。如日本已将超声波电机广泛用于照相机镜头的自动聚焦系统[5]；三星公司将微型超声波电机用于手机摄像头；美国JPL实验室研制的用于宇宙飞船船体检测的爬壁机器人驱动装置[6]；Akihiro 公司将其用于高档手表的振动报时；高档汽车中应更加广泛：座椅调整、方向盘位置调整、后视镜角度调整、以及应用于门窗、雨刮器、刹车传动装置等；此外办公设备、家电和 PC 机、平板振子输送纸机构、X-Y 绘图仪、直角坐标自动定位装置等也有所应用，体现了超声波电机广阔的应用前景[7]。日本在该领域的研究处于世界领先地位，几乎拥有大部分有关超声波电机的发明专利，并且个别种类的超声波电机已经实现产业化，在国民经济中发挥着重要作用[8]。我国在这方面的研究虽起步较晚（90 年代初），但也取得了一些突破性成果，如南京航空航天大学研究已经取得了原创性和先进性的成果，成功研制出十余种旋转型行波与驻波超声波电机，并且达到了小批量的产业化和商品化；清华大学已研制出直径1mm的弯曲旋转超声波电机；哈尔滨工业大
第二章超声波电机的驱动原理 本章从压电陶瓷的特性出发，系统地叙述了超声波电机中压电陶瓷的压电效应和逆压电效应，并对其相关的参数进行了系统的讨论。本章还将几何分析法和弹性动力分析法相结合，分析了定子表面质点的椭圆运动的形成，论述了行波型超声波电机的运行机理，为行波型超声波电机的建模、设计制作、实验研究以及驱动电源和控制系统的研究提供必要的理论指导。 2.1 压电效应与压电陶瓷[21-25] 压电陶瓷作为超声波电机能量转换的媒介，它起着为超声波电机提供驱动力的重要作用，如同人体的心脏一样。因此，研究超声波电机就必须对压电材料特性有深入的认识和了解，才能掌握超声波电机的运行机理并能正确地选择和使用压电材料。在研究超声波电机的驱动机理前，首先从压电陶瓷与普通陶瓷的最重要的区别——压电效应开始。 2.1.1 压电效应 压电效应（Piezoelectric Effect）早在1880年，法国的两位科学家——居里（Curie）兄弟，在研究石英晶体的物理性质时，发现了一种特殊的现象，这就是若按某种方位从石英晶体上切割下一片薄晶片，在其表面上敷上电极，当沿着晶片的某些方向施加作用力而使晶片产生变形后，会在两个电极表面上出现等量的正、负电荷。电荷的面密度与施加的作用力的大小成正比；作用力撤销后，电荷也就消失了。这种由于机械力的作用而使晶体表面出现电荷的现象，称为正压电效应，如图2-1所示。后来人们又在其它一些晶体上进行了类似的实验，发现有许多晶体都具有这种现象。这些具有压电效应的晶体统称为压电晶体。发现正压电效应的第二年，也就是1881年，由李普曼在理论上预言，由居里兄弟在实验上证实了另一种物理现象：将压电晶体置于外电场中，由于电场的作用，会使 图2-1 正压电效应示意图图2-2 逆压电效应示意图 （实线代表变形前的情况，虚线代表变形后的情况）
https://www.doczj.com/doc/1913458409.html,/gykz/2010/0310/article_2772.html 引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，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；其次，通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到涮速的目的。目前，步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，在机电一体化产品中应用广泛，常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有l297和l298组合应用、3977、8435等，这些芯片一般单相驱动电流在2 a左右，无法驱动更大功率电机，限制了其应用范围。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片tb6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案 1步进电机驱动电路设计 1.1 tb6560简介 tb6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有：内部集成双全桥mosfet驱动；最高耐压40 v，单相输出最大电流3.5 a(峰值)；具有整步、1／2、1／8、1／16细分方式；内置温度保护芯片，温度大于150℃时自动断开所有输出；具有过流保护；采用hzip25封装。tb6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路：控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。 1.2步进电机控制信号隔离电路 步进电机控制信号隔离电路如图1所示，步进电机控制信号有3个(clk、cw、enable)，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个：首先，防止电机干扰和损坏接口板电路；其次，对控制信号进行整形。对clk、cw信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本设计中选择2片6n137高速光耦隔离clk、cw，其信号传输速率可达到10 mhz，1片tlp521普通光耦隔离enable信号。应用时注意：光耦的同向和反向输出接法；光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源，否则不能起到隔离干扰的作用。
应用越来越广泛的直流电机，驱动电路设计 Source：电子元件技术| Publishing Date：2009-03-20 中心论题： ?在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑功能和性能等方面的因素 ?分别介绍几种不同的栅极驱动电路并比较其性能优缺点 ?介绍PWM调速的实现算法及硬件电路 ?介绍步进电机的驱动方案 解决方案： ?根据实际电路情况以及要求仔细选择驱动电路 ?使用循环位移算法及模拟电路实现PWM调速 ?对每个电机的相应时刻设定相应的分频比值，同时用一个变量进行计数可实现步进电机的分频调速 直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM（脉冲宽度调制）调速。 性能：对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。 1。输出电流和电压围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2。效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。 3。对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。
4。对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。 5。可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。 三极管-电阻作栅极驱动 1．输入与电平转换部分： 输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。 高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2。7V 基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。
超声电机驱动电路的设计 学生：余小强 指导老师：权循忠 淮南师范学院电气信息工程学院 摘要：本文阐述了超声波电机的发展，应用前景，驱动原理及其对驱动电源的要求，在此基础上设计了一种驱动电源。该电路使用直接数字频率全成器（DDS）作为信号源，通过高压运放将信号放大到峰-峰值为250V，用于驱动超声电机。针对该电源的所有组成单元，进行了详细的电路设计。文章最后给出了该电源的仿真结果及安装调试结果，并指出了对该方案进一步进行改进的措施。 关键字：超声电机;驱动电源;占空比 The design of LED display screen Student:Xiang Meili Teacher: HanFang Electric Information Engineering College of Huainan Normal University Abstract: Using chip EPF10K30ETC144-3 of the FLEX10KE series of ALTERA to encode hamming code and design decoding circuit, the thesis discusses the way to design and the procedures of design in detail. The design of the circuit adopts the way of EDA technique from the top to the bottom and the method of text input to programming. After accomplished, the circuit integratedly simulates through the software MAX+plusП. By simulation and debugging, the circuit will meet the requirements of functionality and timing. Key words:AT89C51;LED dot matrix display;Serial to parallel converter;Latch;Drive circuit 绪论 随着计算机的飞速发展，电子技术也获得了快速的前进，在电子技术前进的同时也推动了其他有关科学领域的发展。现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，也真正的
工业机器人用电机驱动系统 机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。 对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。 一、机器人对关节驱动电机的主要要求规纳如下 1.快速性 电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。 2.起动转矩惯量比大 在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。 3.控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。 4.调速范围宽。 能使用于1：1000～10000的调速范围。 5.体积小、质量小、轴向尺寸短。 6.能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载。 目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。工业机器人驱动系统中所采用的电动机。
H 桥电机驱动原理与应用 我们首先来看马达是如何转动的呢？举个例子： 你手里拿着一节电池，用导 线将马达和电池两端对接，马达就转动了；然后如果你把电池极性反过来会怎么 样呢？没有错，马达也反着转了。 OK 这个是最基本的了。现在假设你想用一块指甲盖大小的微控制芯片 （MCU ＞你又如何控制马达的呢？首先，你手上有一个固态的状态开关——一个 晶体管一一来控制马达的开关。 提示：如果你用继电器连接这些电路的时候， 要在继电器线圈两端并一个二 极管。这是为了保护电路不被电感的反向电动势损坏。二极管的正极（箭头）要 接地，负极要接在MCI 连接继电器线圈的输出端上。 电路连接好后，你可以用一个逻辑输出的信号来控制马达了。 高电平（逻辑 1）让继电器导通，马达转动；低电平（逻辑 0）让继电器断开，马达停止。 在电路相同的情况下，把马达的“极性”反过来接，我们可以控制马达的翻 转和停止。 问题来了：如果我们要同时需要马达能够正转好反转， 怎么办？难道每次都 要把马达的连线反过来接？ 我们先来看另一个概念：马达速度。当我们在其中一种状态下，频繁的切换 开关状态的时候，马达的转速就不再是匀速，而是变化的了，相应的扭矩也会改 变。 通常反应出来的是马达速度的变化。 +JS
我们想要同时控制正反向的话，就需要更多的电路——没错，就是H桥电路。H桥电路的“ H'的意思是它实际电路在电路图上是一个字幕H的样式。下图就是一个用继电器连接成的H桥电路。 处于“高”位置的继电器是控制电源流入的方向，称之为“源”电路；处于“低”位置的继电器是控制电源流入地的方向，称之为“漏”电路。 现在，你将左上电路（A）和右下电路（D）接通，马达就正转了（如下图）此时各个端口的逻辑值为A-1、B-0、C-0、D-1. 1| i c) ARID ran-st ia-n
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。
1 引言 长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。特别随着计算机在控制领域，高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT等)的发展，以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。为适应小型直流电机的使用需求，各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路，构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。但是，专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率有限，不适合大功率直流电机驱动需求。因此采用N沟道增强型场效应管构建H桥，实现大功率直流电机驱动控制。该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求，并具有快速、精确、高效、低功耗等特点，可直接与微处理器接口，可应用PWM技术实现直流电机调速控制。 2 直流电机驱动控制电路总体结构 直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵电路、H桥功率驱动电路等四部分，其电路框图如图一 由图可以看出，电机驱动控制电路的外围接口简单。其主要控制信号有电机运转方向信号Dir电机调速信号PWM及电机制动信号Brake，Vcc为驱动逻辑电路部分提供电源，Vm为电机电源电压，M+、M-为直流电机接口。 在大功率驱动系统中，将驱动回路与控制回路电气隔离，减少驱动控制电路对外部控制电路的干扰。隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电路产生电机逻辑控制信号，分别控制H桥的上下臂。由于H桥由大功率N沟道增强型场效应管构成，不能由电机逻辑控制信号直接驱动，必须经驱动信号放大电路和电荷泵电路对控制信号进行放大，然后驱动H桥功率驱动电路来驱动直流电机。 3 H桥功率驱动原理 直流电机驱动使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。H桥功率驱动原理图如图2所示。
高性能超声电机软件驱动及控制电路研制 摘要：说明了一种高性能超声电机软件驱动及控制电路。该电路运用直接数字频率全成器dds作为信号源，通过高压运放将信号放大到峰-峰值为250v，应用软件驱动超声电机；借助温度传感器收集电机温度变化，采用计算机实时监控超声电机启动。 关键词：超声电机直接数字频率合成器dd 温度传感器高压运放 超声电机是一种压电陶瓷逆压电反应新品电机。及普通电磁电机相比，超声电机能直接输出低转速大力矩，且瞬态响应快可达ms量级，定位精度高可达nm量级，非常适合取代传统伺服电机及步进电机。目前超声电机已广泛使用于照相机及摄像机自动调焦系统，而且在精密仪器对及航空航天领域也有许多使用。 尽管超声电机具有很多优点，但由于超声电机对于软件驱动信号有着较高条件，所对目前国内外研发超声电机软件驱动及控制电路普遍存在电路体积大，控制性能单一等难题。大多数超声电机控制特征研究成果还是及超声电机配套一般软件驱动电路，难对采用计算机方便地进行超声电机控制特征研究成果。针对上述难题，使用目前市面上流行 ddsicad9850与高压运放pa08研发出了一种高性能超声电机软件驱动及控制电路。该电路能通过串行接口用教育处机实施控制与参量收集，并且信号频率及相位控制精度高；能在温度传感器控制下解决方案信号频率自动调节，同时电路中还预留了4路模拟，数字通用传感器接口。 1 超声电机软件驱动及控制电路工作原理知识 由超声电机工作机理[1]可知，大部分超声电机启动需关联驱控制电路供应两路频率相同，相位差为90度或可调，频率为20khz～100khz，输出信号峰-峰值为100～350v，功率为0.1～10w交变信号。此外，由于超声电机最佳工作频率是由系统机械共振频率决定，而对压电器件为主振动系统共振频率会随着外界型号参数如温度，预压力等改变发生变化，因此一款好超声电机软件驱动及控制电路必须能够很好地对系统共振频率变化实施跟踪，从而确保电机稳定启动。 2 电路基本构成与原理知识 超声电机软件驱动及控制电路主要由对下5个部分结合：dds信号发生单元，信号隔离单元，信号功率放大单元，温度传感器单元，单片机主控与接口控制单元参见图1。 主控单片机dds信号发生单元产生两路独立正弦信号，两路信号间相位差能在0～360度范围内任意调节；两路信号分别经rc低通滤波与三极管射极跟随送到高速光耦，然后经由高压运放放大到250v,应用软件驱动超声电机；超声电机工作一段时间后温度会发生变化，
电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要：介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括： （1）基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况； （2）基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求； （3）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程； （4）结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性； （5）低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表1所示。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!国外动态"##################$$ $ $ %&’()*+&,*) 国外动态新型微型驱动器 英国遥控技术公司研制的贴有施奈德商标的新 型-./01234 5驱动器6与同类产品比较6占地面积小7896 结构特别紧凑6含有集成化通讯设备和内装式电磁兼容的滤波器:新型驱动器经特殊设计后6容易安装和调整6同时还具有;<控制器及预置转速的功能: -./01234 5驱动器可为普通的散热型式6适于装在控制面板内使用6也可为全封闭的<;==防护式直接装在配电板上6这在分布控制场合使用很理想:对于现有散热方式6能用于功率定额4>4?@A 488B 4C 8D 的单相电源6以及功率达E =?@A 758B =88D 的 三相电源F 封闭型式则可用于最大C ?@定额的三相电源: 作为标准6所有方式均包含G H C 5=和IJ K L M N G O P Q 遥控终端单元R 通讯装置:这些装置允许对驱动器运行的配置A 调节A 监控和管理进行遥控:该设备还有能斌予不同控制功能的7个逻辑输出6其中包括5个预置转速的选择A 加速度和减速度等变率时间的选择以及驱动器直流注入制动设备的启动: -./01234 5驱动器是施奈德综合自动化领域的集成部分:设计上它与其它自动化产品6如IJ K 0S 2T 可编程控制器A I2U V .0N 显示终端以及遥控技术控制设备等接口:-./0123 驱动器得益于施奈德对实验和质量管理上的大量投资6因而确保了最大的可靠性和延长的工作寿命: 低噪声变速驱动 W 2N ?2X 2驱动器制造厂推出了交流驱动的最新品种Y 变速驱动器Z [:它是以无传感器的磁通矢量控制方式工作的6并能调定为标准的电压B 频率 Q \B ]R 控制:但W 2N ?2X 2声称6 实际上装配这些驱动器6除具有低噪声A 高效率等特点外6而且在制动时不需要制动单元或电阻器: 为使更容易安装和维护6W 2N ?2X 2在驱动器上加装了一个可拆卸的控制终端6并在所有模型中6内装一定额44?@以上的直流电抗器6既降低驱动器的成本6又减小了尺寸: Z [以拥有第四代的绝缘栅双极晶体管Q <^_O R 技术而自豪:该技术用于开关切换和改善短路保护:驱动器还能用一热敏电阻监视电动机的温度6风扇可以取消6提高了驱动器的工作效率:当驱动器的电动机静止或带负荷时6通过软件6可让用户自动地调节驱动器: Z [系列模型定额为Y C 88D 电压下功率8>C ‘788?@6488D 电压下为8>C ‘E E 8?@:所有样机的标准型式均设为G H C 4C B C 5=通讯接口6器件网络以及;3J a 0母线bb c ; :Q 摘译自d e .V ?/30S 2.G V 10V X f 488E 6D J .g 477647C 6h J g i 6E =R 结构紧凑的壁挂式交流驱动器 -__公司最新研制的-j H E i 8交流驱动器6结构紧凑6为一集成化组件型式:与在现有电动机基础上改进过的新型电动机装配在一起6或可安装在墙壁上: 集成化驱动器和电动机组件是经济A 节能的和高效率的:-__公司用-j H E i 8可与标准的鼠笼式电动机和制动电动机配套供货:-j H E i 8还能在现有恒定转速的电动机上进行改装:由于取消了驱动器密封式配电盘以及驱动器和电动机单独的电缆敷设6因而减少了安装时间和成本:当电动机周围的空间受到限制时6-j H E i 8驱动器可装在墙壁上:实际上6 该驱动器为标准的紧凑型交流变频器6定额为8>==‘4>4?@Q 758‘C 58B =88D kE 89R :Q 摘译自d e .V ?/30S 2.G V 10V X f 488E 6h J g i R 高效率的超声波电动机驱动 超声波电动机Q P H I R 是由装于定子上的压电换能器产生的超声波振动力所驱动的新型电动机:日本G l M ?l M N 大学电气与电子工程系对P H I 的研究显示Y P H I 具有很多优点6例如转矩高6转速低6尺寸小6不产生磁场等:但尚存在若干技术问题需要 解决:从小功率驱动的观点看6 重要的是提高效率:为实现在最大效率下的调速控制6对电动机采用了直流电源的;@I 控制与频率控制相结合的转速控制方法:该驱动系统包括频率控制器和;@I 控制器:待试电动机的驱动频率为C 8?m n 6驱动电压E 88D Q 均方根值R :额定转矩8>7E C h o 6 额定输出功率7@6额定转速p >832K B N :工作温度q E 8‘r =8s6重量8>4C ?U :Q 摘译自d e .V S /30S ;J X V 3j J o t J T V T /N 2T KH l N /V o N f 488E 6D J .g 4p 6h J g 7R 配有脉冲传感器的电动机 Z 2M .u 2L V 3电机公司在继续研制直径E 7o o 最 小型直流电动机系列的同时6扩展了其制造厂家众多的电动机品种6包括电机内配有脉冲传感器并可实现集成化的电动机:这些电动机的长度为E p o o 或7E o o 6装有钕铁硼Q h K Z V _R 磁钢6因而具有高的功率密度:由于采用贵金属的整流结构6再次提高了电动机的使用寿命:电机内集成了带磁性敏感元件的脉冲传感器和专用的集成电路Q -H
专用超声波电机驱动电路研究 专用超声波电机驱动电路研究分类号ＴＰ２７１．４—５３３（１）ＵＤＣ密级公开编号中国工程物理研究院专用超声波电机驱动电路研究指导教师姓名文贵印研究员申请学位级别工学硕士专业名称通信与信息系统论文提交日期２００５．３．１５论文答辩日期２００５．４．２８学位授予单位和日期中国工程物理研究院答辩委员会主席２００５年３月１５日专用超声波电机驱动电路研究摘要超声波电机（ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＭｏｔｏｒ简称ＵＳＭ）是一种新型的微特电机，有别于传统的电磁电机。在本文引言中，说明了ＵＳＭ与传统电磁电机相比的主要优点、基本组成及应用前景，同时说明了开展专用ＵＳＭ的驱动电路研究工作的背景及主要工作内容，作者要完成设计、样品加工及应用三部分工作等，此论文就是这三部分研究工作的总结。首先，根据对驱动电路的要求，结合国内外传统压电马达驱动电路的系统方案，设计出专用超声波电机的驱动电路的系统方案。在本方案中增加了位置检测与归零单元，去掉了频率跟踪单元，采用ＤＳＰ作为控制单元，整合了电机驱动信号产生、电机选择与启动、位置检测信号处理和特殊信号译码等功能，有利于电路小型化和稳定性。方案具有新颖和独特性。其次，详细介绍了利用仿
真与实际调试相结合的方法，完成了推挽逆变电路及升压 脉冲变压器的工程设计和调试，着重解决了浪涌及功率开关管保护等问题，注意了变压器绕制工艺与漏感的关系。采用ＤＳＰ芯片实现了多种控制和软、硬件结合，给出了用Ｃ语言编写的程序，重点解决了程序的调试与抗干扰问题。采用独特的数字编码方法，实现了位置检测的结构设计，完成了性能初步调试以及与ＤＳＰ组成闭环系统，消除电机 不断步进引起的空间位置上的积累误差，实现了电机步进误差归零的技术要求。设计了电路工程板图，完成了样机两台的加工和调试工作，与超声波电机进行了匹配调试实验，重点解决了阻抗匹配问题，达到了驱动电路的设计指标，实现了设计、加工、匹配调试三部分工作的基本要求。最后，根据前一段工作，提出了一些今后工作的意见，特别是工程应用化与集成化方面的研究想法。关键词：超声波电机，驱动电路，ＤＳＰ，脉冲变压器，位置检测与归零专用超声波宅机驱动电路研究ＡｂｓｔｒａｃｔＵｌｔｒａｓ ｏｎｉｃＭｏｔｏｒ（ＵＳＭ），ａｓａｎｅｗｔｙｐｅｍｉｃｒｏ—ｍｏｔｏｒｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃｍｏｔｏｒ．Ｉｎｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ＵＳＭ’ｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍ
《电子线路CAD》课程论文题目：电机驱动电路的设计
1 电路功能和性能指标 此电路是用MCU发出的PWM波来控制电机的转速的电路，电路输入电压是7.2V。 2 原理图设计 2.1原理图元器件制作 元器件截图： 图1 这个是图中的BTN7971的原理图，是一款电机驱动半桥芯片。 制作步骤： 1.点击菜单栏的放置，然后点击弹出的窗口中的矩形，如下图： 图2 2.然后鼠标光标下就会出现一个黄色的矩形边框，自己就可以随意设置边框的大小，之后框图的大小可以拖动修改，如下图：
图3 3.框图定好后,点击下图的图标，可以进行画引脚： 图4 4.放引脚时可以按table键设置引脚属性： 图5 2.2 原理图设计 ①原理图设计过程： 首先简历里一个PCB工程项目，保存命名为BTN驱动，然后在这个工程下面
建立一个原理图文件和一个PCB文件，并将其保存并重命名为BTN在与工程相同的目录下面，然后开始绘制原理图了，将所有设置默认为初始状态不需要更改，然后开始画原理图了，将其模块化绘图比较方便好看。 ②下面就是绘制成功后的原理图： 图6 ③下图为massage框图： 图7 其操作步骤为： 1.点击system中的message， 2.然后点击下图中高亮部分 图8
3.最后打开message就可以看见编译信息了 4.之后根据错误提示进行查找修改，直至没有错误和警告，如下图： 图9 ④该项目的元器件库截图如下： 图10 图11
生成原理图库的步骤为： 1.点击界面右下角的design compiler,然后点击如图高亮部分： 图12 2.点击界面上面的工具栏中的设计，然后点击高亮部分： 图13 3.最后可以查看刚才打开的navigater,如图：
随着技术的不断进步，加上国家政策的大力扶持，新能源汽车已经成为了诸多汽车族的首选。相比传统汽车，新能源汽车具有环保、节能、简单三大优势，以电动机代替燃油机，由电机驱动而非自动变速箱。下面就给大家介绍一下新能源汽车的驱动电机系统。 传统的内燃机能高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内，这就是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因；而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩，在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置，操纵方便容易，噪音低。 与混合动力汽车相比，纯电动车使用单一电能源，电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统，结构更简化，也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音，节省了汽车内部空间、重量。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。
电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶，选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。 驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成，结构如下图所示。 电动机驱动系统的基本组成框图 电动机一般要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机，如图3。功率转换器按所选电机类型，有DC/DC 功率变换器、DC/AC功率变换器等形式，其作用是按所选电动机驱动电流要求，将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器(逆变器)构成，驱动电机和电机控制器所占的成本之比约为1:1，根据设计原理
超声电机的应用 Application of ultrasolic motor 摘要：随着科学技术的进步，一些更加前沿的领域，比如航空航天，精密仪器等，对所使用的电机有更多的要求，比如尺寸微小，噪声低，无电磁干扰等，受制于工作原理和结构形式，传统电磁电机已经无法完全满足这些要求。因此各国科学家纷纷探索基于其他工作原理的新型微特电机，如静电电机，光热电机，超声电机，形状记忆合金电机，微波电机等。其中超声电机由于具有卓越的优点，目前发展迅速，应用也较为广泛。本文主要介绍超声电机目前的应用和潜在的应用价值，以及制约其大规模应用的问题所在。 Abstract: With the progress of science and technology, some more frontier areas, such as aerospace, precision instruments, etc. have more request for the use of motor, such as small size, low noise, no electromagnetic interference, etc. Subjected to the working principle and structure form, the traditional electromagnetic motor cannot completely satisfy these requirements.So scientists are exploring a new type of micro motor based on other working principle such as electric motor, the motor of field, ultrasonic motor, the shape memory alloy motor, microwave machine, etc.The ultrasonic motor is developing rapidly and widely applied at present because of its outstanding advantages.This paper mainly introduces current application and potential application value of the ultrasonic motor, and the problem that constraints its large-scale application. 关键字：超声电机，航空航天，机器人，医疗，工程工业。 Key words: ultrasonic motor, aerospace, robot, medical, industrial engineering. 超声电机的优点 超声电机与传统电机相比, 具有以下特点:结构简单、紧凑、转矩/质量比大(是传统电机的3~10倍);低速大扭矩, 无需齿轮减速机构, 可实现直接驱动;响应快(毫秒级);断电自锁;在闭环条件下速度和位置控制性好, 分辨率高;不产生磁场, 不受外界磁场干扰;容易做成直线型超声电机;形状可以多样化(圆的、方的、空心的、杆状的), 等等。由于其优异的性能，超声电机在很多场合都可以取代电磁电机，拥有广阔的应用前景。
先给大家介绍个技术交流QQ群有什么不能搞好的可以大家交流 28858693 技术交流QQ群 H桥驱动电路原理 2008-09-05 16:11 一、H桥驱动电路 图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。 如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图4.12 H桥驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图4.13所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经 Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。
图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动 图4.14所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。 图4.14 H桥驱动电机逆时针转动 二、使能控制和方向逻辑 驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。 图4.155 所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。（与本节前面的示意图一样，图4.15所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。）