2019年第47卷第3期
T 综 述echnical review
曹富林等 NEMS
外场驱动微电机研究进展 77 收稿日期:2018-04-26NEMS 外场驱动微电机研究进展
曹富林,许立忠
(燕山大学,秦皇岛066004)摘 要:按照外场驱动微电机的驱动机制进行分类,简要介绍了各类微电机的制造工艺及应用前景,综述了各类微电机的研究与应用现状三指出了当前外场驱动微电机领域的研究热点,分析了微电机在实际应用中存在的困难三展望了外场驱动微电机未来的发展趋势及应用前景三
关键词:微纳米电机;纳机电系统;外场驱动;微电机;发展趋势;应用前景
中图分类号:TM359.9 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2019)03-0077-05
Advances in Research of NEMS Field-Driven Micromotors
CAO Fu -lin ,XU Li -zhong
(Yanshan University,Qinhuangdao,066004,China)Abstract :According to the drive mechanism of the micromotor driven by the external field,the classification and the manufacturing process and application prospect of various micromotors were briefly introduced.The research and application status of various micromotors were summarized.The current research hotspots of micro-motor driven by the external field were pointed out,and the difficulties in the practical application of the micro-motor were analyzed.The future development trend and application prospects of field-driven micromotors were forecasted.
Key words :micro nano motor,nano electro mechanical system (NEMS),external field driven,micro motor,devel?opment trend,application prospect 0 引 言
各种新材料技术二微纳加工技术二传统机械的学
科交叉,为纳机电系统(以下简称NEMS)微电机的
发展注入了动力三微电机可利用内部化学燃料通过催化反应实现驱动;此外,尚可通过外部能量实现驱动,可借助于磁场二声场二电场二光场以及多场混合等外场方式产生驱动力三微电机在生物医学二航空航天以及通信工程中具有重要的应用,特别是在生物领域的应用尤为广泛,可以实现药物的定向投放,精密手术以及生物传感等功能三1987年,加州大学伯克利分校以硅为原材料,利用微加工技术制造出可转动微电机[1],此后各种尺寸二性能和驱动机制的新型微/纳米电机不断地被研制成功三微电机能够实现多种形式的机械运动,例如旋转二滚动二穿梭和输送等;通常由复合材料制成,例如硅基材料二聚合物以及合金等,尺寸范围为微米级至纳米级;形状多样,包括线状二球状以及管状等三本文将按驱动机制对微电机进行分类,总结
微电机的研究现状并展望其发展前景,为微电机的进一步发展提供借鉴三1 微电机类型1.1 磁驱动微纳米电机磁驱动微电机的动力是由电流产生的磁场或者磁性材料提供的三与其他推动机制相比,磁驱动具有良好的生物相容性和对细胞无损的能量传输机制,是微纳米电机最具前途的驱动方法之一三因为微电机的运动是通过外部磁场控制的,故不需要任何燃料,并且具有输出力大,输入阻抗低,驱动电压小等特点三电磁式微电机通常由电导体或线圈系统,软磁或硬磁材料以及绝缘和嵌入电介质组成,目
前已知的磁性材料主要包括铁二钴二镍及其合金等三
与其他材料相比,金属镍是微纳米电机制造中应用最为广泛的,镍可以通过微电铸二蒸发镀或者磁控溅射的方式获得三微电机的运动取决于磁力的大小和方向,总体结构尺寸通常在几厘米的范围内,而执行结构在微米范围内三电磁式微电机按照运动输出的形式可分为线性微电机和旋转微电机三2007年,德国布伦瑞克工业大学研制出第一代集成可变磁阻线性微电机,由定子极和移动极两部分组成,如图1所示三其磁通量是由缠绕在定子磁极
周围的三维线圈在平面内产生的,移动梳形磁极在定
子磁极之间,其两侧被电磁力吸引,移动极产生直线运动[2]三该微电机由紫外光刻二电铸和注塑技术制造
中国地质大学长城学院 本科课程设计题目:基于80C51单片机的步进电机控制系统 系别信息工程系 学生姓名 专业电气工程及其自动化 学号 指导教师 职称讲师 2014 年6 月11 日
摘要 本文研究基于51系列单片机的步进电机控制系统设计，该系统包括以下几个部分：数据采集、数据处理、终端接收，该系统以汇编语言为单片机的驱动程序语言，单片机控制步进电机，主要任务是把二进制数变成脉冲序列，按相序输入脉冲以实现电机转动方向控制，利用单片机实现对步进电机的远距离实时监控，从而达到高效、节能的控制步进电机工作的目的,该系统具有成本低、控制方便的特点。使用单片机驱动四相步进电机，控制步进电机以四相八拍的方式运行，来实现步进电机正向/反向旋转，P1.0～P1.3分别控制步进电机；P1.5～P1.7分别控制步进电机的停止、正转、反转。 关键词：51单片机；步进电机；数据采集；汇编语言；
目录 摘要 0 1 设计目的 (1) 2设计内容与要求 (1) 3 总体设计方案 (1) 3.1整体方案 (1) 3.2具体方案实现 (1) 4系统硬件设计 (2) 4.1复位电路 (2) 4.2晶振电路 (2) 4.3按键电路 (3) 4.4指示灯电路 (3) 4.5驱动电路 (4) 4.6步进电机 (4) 5程序软件设计 (5) 5.1程序流程图 (5) 5.2源程序 (6) 6系统调试与仿真 (7) 7总结 (8)
1设计目的 1．掌握单片机控制步进电机的硬件接口电路。 2．掌握步进电机驱动程序的设计和调试方法。 3．熟悉步进电动机的工作特性。 2设计内容与要求 1．查阅资料，了解步进电机的工作原理。 2．通过单片机给定参数控制电机转动。 3．通过按钮控制正转、反转和停止。 3总体设计方案 3.1整体方案 本系统主要是由AT89C51，步进电机控制器ULN2004，步进电机，通过单片机编程，实现步进电机控制的脉冲分配，使电机实现正转，反转以及停止等功能 3.2具体实现方案 根据系统要求画出单片机控制步进电机的控制框图，见下图。系统包括单片机、按键、驱动电路和步进电机。 键盘80c51单片机 步进电机 驱动电路
直流电机驱动电路设计 一、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： 1. 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。 2. 性能：对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。 1）输出电流和电压范围，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。 二、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的输入电压范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范围溢出的二极管。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。 不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放，因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上，压降较大，后面一级的三极管将无法截止。 2．栅极驱动部分： 后面三极管和电阻，稳压管组成的电路进一步放大信号，驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容（大约 1000pF）进行延时，防止H桥上下两臂的场效应管同时导通（“共态导通”）造成电源短路。 当运放输出端为低电平（约为1V至2V,不能完全达到零）时，下面的三极管截止，场效应管导通。上面的三极管导通，场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平（约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC）时，下面的三极管导通，场效
技术讲座?TECHN I CAL L ECTURE 电机控制集成电路的选用 第十三讲 微型电机驱动控制芯片M A X 1749的应用 吴红星,邹继明 (哈尔滨工业大学,黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要:主要介绍小型直流电动机驱动控制芯片M A X 1749的应用,阐述了该芯片的内部结构、工作特点以及其独特的控制功能,给出了该芯片典型应用电路图并加以说明。关键词:驱动控制;直流电机;过热保护 中图分类号:TM 301.2 文献标识码:C 文章编号:1001-6848(2001)03-0043-02 收稿日期:2001-04-18 1 概 述 小型震动电机被用于许多领域,如手机、传呼机、小型按摩器等。其电量的来源都是由内部电池提供,电压较低,电流较小。在上述用途中,共同的要求是此电机的驱动控制器体积小、控制功能全、耗能小、使用方便。M A X 1749是一种专用的、性能优良的小型震动电机控制及驱动芯片,它可提供恒定的驱动功率,电源电压可以在2.5～6.5V 浮动,可以提供1.5V 到电源电压的输出电压,最大120mA 的输出电流。 2 M A X 1749引脚及功能说明 M A X 1749体积小,具有5个引脚,引脚定义如 下: 第一引脚ON O FF :控制输出端。当为高电平时,输出端有电压;当为低电平时,输出端关断。 第二引脚GND :芯片地引脚。电路板要求有较大的焊点,给芯片散热,降低芯片的工作温度。 第三引脚I N :电源输入端。输入电压2.5 ～615V 可调,可与地之间接1ΛF 电容。 第四引脚OU T :芯片输出端。输出电压在115V 到输入电源电压可调,最大输出电流可达120mA ,可与地之间接1ΛF 电容。 第五引脚SET :输出电压反馈输入端。可外接115V 输出电压,也可外接电阻调节控制输出电压。 M A X 1749性能优异,具有输出电压可调、低功耗、过热保护、过流保护、电源短路保护、较低 M O SFET 关开通 截止电流等特点。其内部集成了M O SFET 功率管、 温度传感器、比较放大器、迅速切断电源电路及逻辑开关等,结构见图1。115V 参考电压与内部运算放大器的负端相连,它和运放另一个输入端(电压反馈信号)进行比较,差值说明了输出电压和调节电压的差异,并提供有关信号给M O SFET 驱动电路,适当地调整输出电流。当反馈电压低于参考电压时,驱动电路根据情况改变驱动信号,而增大输出电流和电压;相反,当反馈电压高于参考电压时,驱动电路根据情况改变驱动信号,减小输出电流和电压,使输出电流、电压达到稳定 。 图1 M A X 1749内部结构示意图 M A X 1749内部有过热保护功能,它限定了总热损耗功率,当节温超过170℃时,温度传感器给出 开关信号给逻辑开关电路,关闭M O SFET 功率管,使芯片冷却。当芯片的温度冷却到20℃时,温度传感器又将给出信号,使电路正常工作。当电源反向 — 34—电机控制集成电路的选用 第十三讲 微型电机驱动控制芯片M A X 1749 的应用 吴红星 邹继明
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。
小型电动车的驱动电路设计方案 1 绪论 1.1本课题的目的和意义 1.1.1无刷直流电动机的发展电动机作为能量转换装置，应用于国民经济的各个领域。 电动机一般分为交流电机和直流电机。相比较交流电动机，直流电动机具有良好的起动性能和宽广平滑的调速特性，因而被广泛应用于电力机车、无轨电车、轧钢机、机床和起动设备等需要经常起动并调速的场合。但直流电动机的换向是依靠换向器和电刷进行换流，在频繁的运转过程中，由于换向器和电刷的摩擦，一方面消耗电刷，使我们不得不定期检查和更换电刷，耗时耗力:另一方面又产生电火花、电磁干扰，影响附近的电气设备。针对这种情况，早在上个世纪30年代就有人开始研究天漏目直流电动机。1951年，美国D.H 等人首次成功的实现了用晶体管换向线路代替有刷直流电动机机械电刷，这标志着现代无刷直流电机的诞生卿.在进入20世纪60年代以后，电力电子技术和计算机技术的应用使电机的发展经历了持久的革命性的变化。作为机电一体化的产品，无刷直流电动机也得以发展，并开始进入初步的应用阶段。无刷直流电动机既具有普通直流电动机调速性能好的特点，又具有交流电动机结构简单、便于维护的特点。因此得到了一定范围内的初步应用。 自 20 世纪70年代开始，稀土永磁材料的发展，使无刷直流电动机有了进一步的发展，但由于永磁材料的价格昂贵，研究开发重点只能在航空、航天领域用的电动机和要求高性能而价格不是主要因素的高科技领域。在进入 80 年代后较低价格的钦铁硼永磁材料的出现，使无刷直流电机能够在化工、纺织以及家用电器等民用领域初显身手。 在90年代后，随着电力半导体器件的飞速发展，如GTR、GTO、MOSFET、IGB 的相继出现，另外微处理器、集成电路技术的发展，逆变装置也发生了根本性变化，这些开关器件在向高频化、智能化、大容量化的方向发展伪，使无刷直流电
目录 一前言 (1) 二总体方案设计 (1) 1工作原理 (1) 2方案选择 (1) 2.1时钟脉冲 (1) 2.2脉冲分配器 (1) 2.3驱动器 (1) 3 总的框架 (2) 三单元模块设计 (2) 1单片机模块 (2) 1.1复位控制 (3) 1.2单片机频率 (3) 2接口 (3) 3驱动器ULN2003 (4) 4按键模块 (5) 5步进电机 (5) 5.1工作原理 (5) 5.2 28BYJ48型四相八拍 (7) 四整机调试与技术指标测量 (8) 五设计总结 (8) 参考文献 (9) 附录1电路原理图 (10) 附录2 源程序 (11)
一、前言 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 二、总体方案设计 1、工作原理 步进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（及步进角）。您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；同时您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。 2、方案选择 （1）时钟脉冲 通常有两种方法实现： 方案一直接有硬件组成如：多谐振荡器 LC 等。 方案二用软件的方式形成优点便于随时更改，调整。 为了方便我们选用软件方式有单片机实现。 （2）脉冲分配器 方案一硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。 方案二软件环分：由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。由软件完成脉冲分配工作，不仅使线路简化，成本下降，而且可根据应用系统的需要，灵活地改变步进电机的控制方案。 考虑到硬件设备的有限和对步进电机的控制我们选择软件环分可以有单片机实现。 （3）驱动器 方案一使用功率场效应管的单电压功放电路。
https://www.doczj.com/doc/5c15734781.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。
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
电机驱动及控制模块
3.3电机驱动及控制模块 331 电机特性 —小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机, 也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的 统治地位。它具有良 图7主、从单片机小系统应用电路 好的线性调速特性，简单的控制性能， 较高的效率，优异的动态特性。系统 选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为 3-12V ，额定功率 0.02KW 额定转速 3000r/min 。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化， 随着计算机进入 控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关 功率元件进行脉冲调制（Pulse Width Modulation 简称PWM 控制方式已经成 为主流，这种控制方式容易在单片机控制中实现。 BE yr CAPCAP 2+ CAP + CiP I * EP Z CAP b HT-OVTl rr-xrr: T-m TDU rae.-[tfi E-C'UTL 化UT2 H 山习4 F21TF 匸曲 ~IF P22 vcc P22 m 酯T KX1WXI Pi - ? TTCZ'JPJL Pl? YT 11 T m 電 XTALi P14 nffo/pss F13 D1TLJP3J P12 JP34 P1J PLD PA 回■! P 討TCAO PM 时 ow P 禹 PIO Vcc P]1 FOCUADQ P32 POL/ADL E>JJ ! Plfl Pt3(AD3 P]5 P 】6 f ：^AD5 P17 P0*'AD6 PB7/AD7 RST Tmjpsi EX LVD^ fiZRST2 AL&FI 5 曲朗 卜⑷PJ 4 wwu TflrP34 ri 郴 PIT PM 廻p 北 F35 FiZiiP]! F24 F33 xrAi.3 P]3 j^TALL P.3L Pin tr 空【 时 LED T 级, 厂：1巧处4打"卜单怜机 VCC 鱼T Z? 1. P ■ ■ ?一 ■■ ■ ■ b w 1 ? 3 *?!>rr ? .1 L I I I I r —PF p p Lp
课题三 微电机控制电路 微电机控制电路使用1块CMOS集成电路、2只晶体管、2只电阻和1个双刀三掷开关，电路原理如图3-1所示。通过拨动转换开关K，它可以对直流电机实现正转、停止和反转的控制。该电路可以广泛用于电动玩具（如电码汽车）或日常用具（如电动窗帘）等，若配上遥控发射和接受电路，还可以实现对玩具和窗帘等的遥控。 一、工作原理 与非门G1A、G1B的输出端（分别为集成电路6脚和9脚）分别与两个晶体管的集电极相连接，作为电路的输出端接接至微型电机的两个输入端。与非门G1A的输入端（4脚）与G1B的输出相连，G1B的输入端（11脚）与G1A的输出相连。两个晶体管的基极也分别通过限流电阻加至对方与非门的输出端，从而构成一双稳态电路。与非门G1A、G1B的另一个输入端（5脚和10脚）与开关K的两定触点A、B相连，作为控制信号输入端。由图2.18中的开关K的连接方式可知，当拨动开关K时，A、B两端的逻辑电平分别为01、00、10三种状态，分别对应电机的正转、停止和反转。下面就按这3种状态分析电路的工作过程： 图3-1中开关K的位置使A点为低电平，B点为高电平。因此与非门G1A 输出高电平U O1=U OH≈V DD，这时与非门G1B的两个输入端均为高电平，所以其输出U O2=U OL≈0V。由于选用的CMOS与非门的驱动级是漏极开路的CMOS管，所以与非门具有较大灌电流而不能提供拉电流，故必须增加晶体管VT1、VT2来弥补G1A、G1B无拉电流的不足。因为这时U O1≈V DD通过R2加至晶体管VT2的基极使其截止，U O2≈0V，加至晶体管VT1的基极使其导通，VT1的导通电流经过导通的与非门G1B从左向右流过电机M，使电机产生正向转动。 当开关K往下拨一挡时，A、B两点的电位均为低电平，与非门G1A、G1B均截止而输出高电平，晶体管VT1、VT2的基极由于都加上高电平也截止，电机两端均为高电平，即加至电机两端的电压为0V，所以电机停止转动。 当开关再往下拨一挡时，A点为高电平，B点为低电平，电路的工作状态与正转状态刚好相反，所以电机反转。
微电机的种类 作者：弘富泰公关部来源：发表时间：本站原创点击：215 微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自态角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等13大类。 微特电机在结构上大体可分为3类： ①电磁式。基本组成与普通电机相似，包括定子、转子、电枢绕组、电刷等部件，但结构格外紧凑。 ②组合式。常见的有两种：上述各种微电机的组合；微电机与电子线路的组合。例如直流电动机与传感器的组合，X方向与Y方向直线电动机的组合等。 ③非电磁式。外形结构与电磁式一样，如旋转类产品作成圆柱形，直线类产品作成方形，但内部结构因其工作原理不同而差别很大。 各类微特电机的性能差别很大，其性能参数难以统一阐明。一般说来，用于驱动机械的侧重于运行及起动时的力能指标；作电源用的要考虑输出功率、波形和稳定性；控制用微电机则偏重于静态和动态的特性参数。前两类电机的特性参数与普通电机相似。唯控制用微电机有其独特的特性参数。 ①工作特性。常用输出量与输入量，或一个输出量与另一个输出量之间的关系来表示。从控制要求来说，静态特性曲线应连续、光滑，没有突变；动态特性常用频率曲线或响应曲线来表示。频率曲线应平稳，无突跳振荡点；响应曲线应快速收敛。 ②灵敏度。对应于单位输入信号的输出量的大小。一般常用比力矩、比电动势、放大系数等表示。 ③精度。一定输入条件下，输出信号的实际值与理论值的差值代表微电机的精度，常用误差大小表示。④阻抗或电阻。在系统中，微电机的输入、输出阻抗应分别与相应电路匹配，保证系统的运行性能及精度。⑤可靠性。不仅是控制用微电机的特殊要求，驱动微电机和电源微电机也有此要求。常用使用寿命、失效率、可靠度和平均无故障时间等参数表征微电机的运行可靠性。 微特电机主要应用于3个领域： ①无特殊控制要求的驱动场合作为运动机械负载的动力源。 ②音像设备。例如，在盒式录像机中，微特电机既是磁鼓组件的关键元件，又是其主导轴驱动、收供带和磁带盒的自动装载以及磁带张力控制的重要元件。 ③办公自动化设备、计算机外部设备和工业自动化设备。如磁盘驱动器、复印机、数控机床、机器人等都应用了微特电机。
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。
2014单片机课程设计 单片机课程设计报告 题目微型直流电机控制系统设计专业班级 学号 实现形式Proteus 姓名 分数 指导老师 学院名称电气信息学院
目录 1 绪论...................................................................... 错误!未定义书签。 1.1 课题背景 ....................................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 课题要求 (1) 2 方案论证 (2) 2.1 系统组成 (2) 2.2 单片机选型 (2) 2.3 驱动方案论证 (2) 2.4 监测方案论证 (4) 2.5 人机接口方案 (5) 3 硬件设计 (5) 3.1 单片机最小系统设计 (5) 3.2 I/O分配 (6) 3.3 驱动电路设计 (7) 3.4 转速检测电路设计 (8) 3.5 人机接口电路设计 (9) 4 软件设计 .......................................................................................... 错误!未定义书签。 4.1 主程序流程 ..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2 按键扫描子程序流程 ..................................................................... 错误!未定义书签。 5 问题与分析 ................................................................................... 错误!未定义书签。2 5.1 设计问题......................................................................................... 错误!未定义书签。 5.2 答辩问题......................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献................................................................................................ 错误!未定义书签。附录一（原理图） ........................................................................... 错误!未定义书签。 附录二（程序清单） (16) 附录三（器件清单） (18)
2019年第47卷第3期 T 综 述echnical review 曹富林等 NEMS 外场驱动微电机研究进展 77 收稿日期:2018-04-26NEMS 外场驱动微电机研究进展 曹富林,许立忠 (燕山大学,秦皇岛066004)摘 要:按照外场驱动微电机的驱动机制进行分类,简要介绍了各类微电机的制造工艺及应用前景,综述了各类微电机的研究与应用现状三指出了当前外场驱动微电机领域的研究热点,分析了微电机在实际应用中存在的困难三展望了外场驱动微电机未来的发展趋势及应用前景三 关键词:微纳米电机;纳机电系统;外场驱动;微电机;发展趋势;应用前景 中图分类号:TM359.9 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2019)03-0077-05 Advances in Research of NEMS Field-Driven Micromotors CAO Fu -lin ,XU Li -zhong (Yanshan University,Qinhuangdao,066004,China)Abstract :According to the drive mechanism of the micromotor driven by the external field,the classification and the manufacturing process and application prospect of various micromotors were briefly introduced.The research and application status of various micromotors were summarized.The current research hotspots of micro-motor driven by the external field were pointed out,and the difficulties in the practical application of the micro-motor were analyzed.The future development trend and application prospects of field-driven micromotors were forecasted. Key words :micro nano motor,nano electro mechanical system (NEMS),external field driven,micro motor,devel?opment trend,application prospect 0 引 言 各种新材料技术二微纳加工技术二传统机械的学 科交叉,为纳机电系统(以下简称NEMS)微电机的 发展注入了动力三微电机可利用内部化学燃料通过催化反应实现驱动;此外,尚可通过外部能量实现驱动,可借助于磁场二声场二电场二光场以及多场混合等外场方式产生驱动力三微电机在生物医学二航空航天以及通信工程中具有重要的应用,特别是在生物领域的应用尤为广泛,可以实现药物的定向投放,精密手术以及生物传感等功能三1987年,加州大学伯克利分校以硅为原材料,利用微加工技术制造出可转动微电机[1],此后各种尺寸二性能和驱动机制的新型微/纳米电机不断地被研制成功三微电机能够实现多种形式的机械运动,例如旋转二滚动二穿梭和输送等;通常由复合材料制成,例如硅基材料二聚合物以及合金等,尺寸范围为微米级至纳米级;形状多样,包括线状二球状以及管状等三本文将按驱动机制对微电机进行分类,总结 微电机的研究现状并展望其发展前景,为微电机的进一步发展提供借鉴三1 微电机类型1.1 磁驱动微纳米电机磁驱动微电机的动力是由电流产生的磁场或者磁性材料提供的三与其他推动机制相比,磁驱动具有良好的生物相容性和对细胞无损的能量传输机制,是微纳米电机最具前途的驱动方法之一三因为微电机的运动是通过外部磁场控制的,故不需要任何燃料,并且具有输出力大,输入阻抗低,驱动电压小等特点三电磁式微电机通常由电导体或线圈系统,软磁或硬磁材料以及绝缘和嵌入电介质组成,目 前已知的磁性材料主要包括铁二钴二镍及其合金等三 与其他材料相比,金属镍是微纳米电机制造中应用最为广泛的,镍可以通过微电铸二蒸发镀或者磁控溅射的方式获得三微电机的运动取决于磁力的大小和方向,总体结构尺寸通常在几厘米的范围内,而执行结构在微米范围内三电磁式微电机按照运动输出的形式可分为线性微电机和旋转微电机三2007年,德国布伦瑞克工业大学研制出第一代集成可变磁阻线性微电机,由定子极和移动极两部分组成,如图1所示三其磁通量是由缠绕在定子磁极 周围的三维线圈在平面内产生的,移动梳形磁极在定 子磁极之间,其两侧被电磁力吸引,移动极产生直线运动[2]三该微电机由紫外光刻二电铸和注塑技术制造
《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：
题目 一种脉宽调制电机驱动电路的设计 系别：电子电气工程系 姓名：周爱爱 学号： 200995014081 班级： 09级电气3班
2012年 6 月24日 题目三：一种脉宽调制电机驱动电路的设计 目的： 1.实现对电气控制、电机拖动、变流技术等课程内容的应用； 2．掌握利用集成PWM芯片、H桥芯片快速搭建电机驱动电路的方法。课程设计任务： 1.利用集成PWM芯片（SG3525）、H桥芯片（LMD18200）快速搭建电机驱动 电路；实现较好性能开环控制。 2.SG3525产生PWM波，送给LMD18200，由18200驱动电机运转。充分利用 两芯片的保护功能实现相关保护。 3.选作部分：用MCU作为控制单元实现参数给定、修改，信息显示，数据处 理，给电机引入测速发电机或光电编码盘实现闭环控制。（MCU与后级芯片要用光耦隔离） 4.最后要给出驱动电路对应的电机容量。 5.电路图要求用软件Protel99绘制，
一种脉宽调制电机驱动电路的设计 1 引言 直流伺服电动机因调速性能好、起动转矩大，故在工农业生产、国防装备、科学研究以及第三产业中都有大量的应用，在自动控制系统中常用来作执行元件或信号元件，用于传递和变换信号。直流伺服电动机的驱动电路可以采用分离器件来搭建，这种方法容易造成研制周期加长、电路体积增大、结构复杂以及可靠性下降等问题。为了提高驱动电路的可靠性和稳定性，有必要选择一种新的驱动方式，以达到减小电路体积以及提高电路选用美国国家半导体公司(NS)生产的专门用于运动控制的LMD18200T智能功率集成电路就是一种很好的解决方案。 LMD18200T是一种体积小、驱动能力强、内部集成了多种保护电路、单片即可实现电机全桥驱动的集成功率放大器，故可有效减少系统发生故障的可能性，显著提高系统的可靠性，充分体现了集成功率放大器外围电路简单、性能稳定可靠、控制功能全面的优点。 随着电能变换技术的发展，功率MOSFET在开关变换器中开始广泛使用，为此美国硅通用半导体公司（Silicon General）推出SG3525。SG3525是用于驱动N沟道功率MOSFET。其产品一推出就受到广泛好评。SG3525系列PWM控制器分军品、工业品、民品三个等级。本文对SG3525特点、引脚功能、电气参数、工作原理以及典型应用进行了介绍。 2 智能功率集成电路LMD18200T性能简介 LMD18200T是NS公司生产的专门用于直流电动机运动控制的智能功率集成电路。它将4个DMOS管构成的H桥及其控制逻辑电路封装在一个ll引脚的芯片中。它的工作电压高达55 v；连续工作电流3 A，峰值电流高达6 A；每个开关器件的导通电阻典型值为0.3欧姆；输入信号兼容TTL和CMOS信号；具有温度报警、过热以及负载短路保护能力。 2．1 引脚定义
电机行业专业求职平台 1.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。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机、交流电机在常规下使用。步进电机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 提及此知识，希望能给予正在对电机选型的客户有所帮助。 2.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，则产生力 F与（dФ/dθ）成正比 S 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/R N·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。 一、混合式步进电机
电机行业专业求职平台1、特点： 混合式（又称感应子式步进电机）与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 混合式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运 行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= A ,D=B . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相， 而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，更可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 混合式步进电机可分二相、三相、四相、五相等，我公司混合式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机: TEB20H,TEB28H,TEB35H,TEB39H,TEB42H,TEB57H,TEB86H,TEB110 H,TEC57H,TEC86H,TEC110H,TEC130H. 3、步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半 步）。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）