43步进电机及其驱动电路

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 步进电机的控制及驱动电路设计初始条件：本设计既可以使用集成移位寄存器、驱动器、555定时器和必要的门电路，以及所需电阻、电容、二极管、三极管、开关等元件。

本设计也可以使用单片机系统构建步进电机的控制及驱动电路。

自行设计所需电源。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。

2、技术要求：①设计一个方波发生器提供系统时钟；②设计一个步进电机的驱动信号发生器，可以实现电机正转/反转控制和转速控制；③要求驱动器有足够的输出电流以驱动小功率4相步进电机；④要求可以实现步进电机的单相或双相激励；⑤确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，阐述基本原理。

⑥绘制总体电路原理图。

3、查阅至少5篇参考文献。

按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。

全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。

时间安排：1、2008 年 7 月 5 日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。

2、2008 年 7 月 5 日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。

2、2008 年 7 月 6 日至 2007 年 7月 7 日，方案选择和电路设计。

2、2008 年 7 月 8 日至 2007 年 7 月 10 日，电路调试和设计说明书撰写。

3、2008 年 7 月 11 日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。

课设答疑地点：鉴主14楼电子科学与技术实验室。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1.步进电机原理 (2)1.1步进电机简介 (2)1.2步进电机原理及控制技术 (2)1.3 步进电机驱动方法 (2)1.4总体设计方框图 (3)1.5设计原理分析 (3)1.5.1元器件介绍 (3)1.5.2方案论证 (5)2硬件设计 (6)2.1控制电路 (6)2.2最小系统 (6)2.3驱动电路 (7)2.4显示电路 (7)2.5总体电路图 (8)3软件设计 (9)4程序编写 (9)5实验心得及体会 (17)参考文献 (17)1.步进电机原理及硬件和软件设计1.1步进电机简介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步进电机件。

实用的步进电机驱动电路(图)概述步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，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；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。

本设计选用第三种方案，用PMM8713三相或四相步进电机的脉冲分配器、SI-7300A 两相或四相功率驱动器，组成四相步进电机功率驱动电路，以提高集成度和可靠性，步进电机控制框图见图1。

图1 步进电机控制系统框图硬件简介● PMM8713原理框图及功能PMM8713是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器，适用于控制三相或四相步进电机。

控制三相或四相步进电机时都可以选择3种励磁方式，每相最小吸入与拉出电流为20mA，它不仅满足后级功率放大器的输入要求，而且在其所有输入端上均内嵌施密特触发电路，抗干扰能力强，其原理框图如图2所示。

图2 PMM8713的原理框图在PMM8713的内部电路中，时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入发。

PMM8713有两种脉冲输入法：双脉冲输入法和单脉冲输入法。

采用双脉冲输入法时，CP、CU两端分别输入步进电机正反转的控制脉冲。

当采用单脉冲输入时，步进电机的正反转方向由U/D的高、低电位决定。

激励方式控制电路用来选择采用何种励磁方式。

激励方式判断电路用于输出检测；而可逆环形计数器则用于产生步进电机在选定的励磁方式下的各相通断时序信号。

● SI-7300A的结构及功率驱动原理SI-7300A是日本三青公司生产的高性能步进电机集成功率放大器，该器件为单极性四相驱动，采用SIP18封装。

步进电机功率驱动级电路可分为电压和电流两种驱动方式。

电流驱动方式最常用的是PWM恒流斩波驱动电路，也是最常用的高性能驱动方式，其中一相的等效电路图如图3所示。

图3 LM331电压/频率变换电路● LM331芯片LM331是美国国家半导体公司生产的双列直插式8脚芯片，只需接入几个外部元件就可以方便地构成电压/频率(V/F)变换电路，电路如图4所示。

步进电机驱动电路设iti耍隧着数字化技术发展，数字控制技术得對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轴位務或线位務的控制腿动元件,具有快速起动和停止的特点。

S 为步进电动机组成的控翎系统结构简单，价招低廉，性能上能满足工业腔制的基本要求, 所以广泛地应用于手工业自动控翎、数控机床、组合机床、机器人、il算机外围设备、照相机，投影仪、像机、大型望远镜、卫星天线定位系貌、医疗器件以员各种可腔机MIR等等。

直流电机广泛应用于it算机外围设备（如硬盘、軟盘和光盘存棒器）、家电产品、医疗器械和电动车上,无刷直流电机的转子部普遍使用永龜林料组成的磁鋼, 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，除了直浦电磁铁（直济继电器、直滾接触器等）外，最重要的就是应用在直济废转电机中。

在发电厂里，同步发电Hl的助脱机、蓄电池的充电HI 等，都是直流发电Hl；錯炉给粉机的原动机是直流电动机。

此外,在许多工业部门，例如大塑轧鋼设备、大型精密机床、矿井卷畅机、市电车、电缆设备要求严怡线速度一致的地方等，通常都果用直流电动机作为原动机来isaji作机械的。

直逍发电机通常是作为直流电源，向负裁输岀电能；a 潦电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负我输出机械能。

在控初系坑中, 直潦电机还有其它的用迩，例如测速电机、何服电机等。

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。

介鉛了步进电机和直流电机原理及其驱动程序控初控制模块，通11 AT89S52单片机及脉冲分配器（R林逻辑转换器）L298完成步进电机和宜流电机各种运行方式的控制。

实现步进电机的正反转速18控制并且显示数振。

整个系筑果用模快化设计，结枸简单、可靠,通il按建控制，操作方便，节省成本。

关鍵词:步进电机，单片机控制,AT89S52, L297, L2981步进电动机11.1步进电机简介11.2步进电机分类22步进电机工作原理32. 1步进电HI结构32. 2步进电机的旋转方武3 3设计原理53.1硕件电路组成53.2步进电机控制电路53.2.1廿数器工作模成63.2.2定时器工作模式6 4步进电机驱朋电路设it 74.1驱动芯片L29774.2驱动芯片L29884.3權盘电路94.4显示电路105步进电机控制程序11 总给14致15参考文151步进电动机1.1步进电机简介步进电动#1是一种稱电脉冲信号转換成角位務或线位務的精密执行元件,由于步进电机具有控制方便、体枳小等特点,所以在数控系统!自动生产线!自动灿表!绘图机和计算机外围设备中需到广泛应用。

第三节步进电动机及其驱动一、步进电机的特点与种类1.步进电机的特点步进电机又称脉冲电机。

它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。

每当输入一个电脉冲时，转子就转过一个相应的步距角。

转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比,并在时间上与输入脉冲同步。

只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向。

步进电动机具有以下特点：✍工作状态不易受各种干扰因素(如电压波动、电流大小与波形变化、温度等）的影响;✍步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零” ;✍由于可以直接用数字信号控制，与微机接口比较容易;✍控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”；✍不需要传感器进行反馈,可以进行开环控制;✍缺点是能量效率较低。

就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为以下三种：（1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance）,也叫反应式步进电动机（2）永磁（PM—Permanent Magnet）型（3）混合(HB—Hybrid）型（1）可变磁阻（VR—Variable Reluctance）结构原理：该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机.其结构原理如图3.5定子1上嵌有线圈，转子2朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁阻型。

图3。

6 可变式阻步进电机可变磁阻步进电机的特点：❖反应式电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力；❖需要将气隙作得尽可能小,例如几个微米；❖结构简单，运行频率高，可产生中等转矩,步距角小（0。

09~9°）❖制造材料费用低；❖有些数控机床及工业机器人上使用。

（3)混合（HB—Hybrid）型结构原理这类电机是PM式和VR式的复合形式。

其定子与VR类似，表面制有小齿，转子由永磁铁和铁心构成，同样切有小齿，为了减小步距角可以在结构上增加转子和定子的齿数。

步进电机的恒电流驱动电路原理
恒电流斩波器的原理如下图所示，额定电流或设置的驱动电流值为I0时，加电压在绕圈上，若超过所设定的电流值I0，则把所加的电压V关断，使电流削减，若低于所设定的电流值I0，则把所加电压V打开，使电流再增加至所设定的电流值I0……如此反复，使I0为恒定电流。

左图中，V以及I表示1相关断的电压、电流，1相电压加到t1秒时间区间。

假如步进电机低速转动时，不用恒电流斩波器驱动，当流过电机线圈的电流超过额定电流时，电机会产生很高的温升，有可能会烧毁。

在高速运行时，1相绕组电压所加的时间若在左图的t0以下，使电源不能保证供应设定的电流I0值，此时变成恒压驱动。

即在高速运行中，有斩波才能变成恒电流驱动。

电流测量值与设定电流I0相对应的基准电压Vr用差动放大器比较，使其达到设定的电流值，施加到电机的电压斩波器的掌握端。

此处，恒电流斩波电路使用恒电压电路。

同一步进电机的恒电压与恒电流脉冲频率-转矩特性曲线比较如下图所示。

两者在同一额定电流约10pps以内时，具有相同的转矩，但低速时恒电流斩波驱动器产生转矩较大。

稳态电流值两者虽然相同，但由于恒电流斩波驱动器其电流上升快，所以其值略高于平均电流值，使用
上需要留意上述问题。

步进电机是一种专门用于位置和速度精准操纵的特种电机.是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

通俗一点讲：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（即步进角）。

您能够通过操纵脉冲个数来操纵角位移量，从而达到准确信位的目的；同时您能够通过操纵脉冲频率来操纵电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机分三种：永磁式（PM），反映式（VR）和混合式（HB）永磁式：一样为两相，转矩和体积较小，步进角一样为度或15度；反映式：一样为三相，可实现大转矩输出，步进角一样为度，但噪声和振动都专门大。

混合式：是指混合了永磁式和反映式的优势。

它又分为两相和五相：两相步进角一样为度而五相步进角一样为度。

这种步进电机的应用最为普遍。

上图为六线式四相步进电机，共有两组线圈，每一个线圈有两相，每一相有一条引出线，两个公共端若是归并为一条线确实是五线式。

将公共端C接到电源上，依次给各个相的引出线加低电平脉冲信号，步进电机将持续转动。

二、步进电机的特点1、输出角与输入脉冲严格成正比，且在时刻长同步。

步进电机的步距角不受各类干扰因素，如电压大小、电流的数值、波形的阻碍，转子的速度要紧取决与脉冲信号的频率，总的位移量那么取决与总脉冲数。

2、步进电机的转向能够通过改变通电顺序来改变。

3、转子惯量小，启、停时刻短。

4、步进电机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电机就能够够维持在该固定位置。

5、步进电机的步进角有误差、转子转过必然步数以后也会显现累计误差，但转子转过一转时刻以后，其积存误差为零，可不能长期积存。

6、与运算机接口容易，维修方便，寿命长。

步进电机本身确实是一个数/模转换器，能够直接同意计算机的输出的数字量。

7、能量效率低，存在失步现象。

三、步进电机的励磁方式步进电机有2相、4相和5相电机。

在4相电机中有4组线圈，假设电流按顺序通过线圈那么使电机产生转动。

4相电机的励磁方式中有1 相（单向）励磁、2 相（双向）励磁和1－2 相（单－双向）励磁方式。

简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理
步进电机驱动电源的功率放大电路原理是指将控制信号转化为高功率
输出信号，以驱动步进电机转动。

其主要原理是通过功率放大器将低
功率控制信号转换为高功率输出信号，从而驱动步进电机运行。

步进电机驱动电源的功率放大电路由三部分组成：输入级、中间级和
输出级。

其中，输入级接收低功率的控制信号，经过中间级进行放大，最终由输出级输出高功率的信号，以驱动步进电机运行。

具体来说，输入级接收控制信号后，通过放大器进行放大，并送入中
间级。

在中间级中，经过多次放大和滤波处理后，将信号传递到输出级。

在输出级中，通过功率晶体管等元件进行调节和放大处理后，将
高功率的信号输出到步进电机上。

需要注意的是，在设计步进电机驱动电源时需要考虑到以下几个方面：
1. 适当选择输入、中间和输出级元件的参数和类型；
2. 合理设计输入、中间和输出级之间的匹配网络；
3. 考虑防静电及过流保护等安全性问题；
4. 根据实际应用需求调整输出功率的大小。

总之，步进电机驱动电源的功率放大电路原理是将低功率的控制信号转化为高功率输出信号，以驱动步进电机运行。

在设计时需要考虑到多种因素，并进行合理的参数选择和匹配网络设计，以确保电路的安全性和稳定性。