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[導(dǎo)讀]目前,對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專(zhuān)用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。

引言

步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于對(duì)要求比較高的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中,如機(jī)器人、打印機(jī)、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、繪圖儀、機(jī)械閥門(mén)控制器等。目前,對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專(zhuān)用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器體積比較大,同時(shí)由于分散器件的延時(shí),其可靠性大大降低;軟件環(huán)形分配器要占用主機(jī)的運(yùn)行時(shí)間,降低了速度;專(zhuān)用集成芯片環(huán)形脈沖分配器集成度高、可靠性好,但其適應(yīng)性受到限制,同時(shí)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、需求費(fèi)用較高。

步進(jìn)電機(jī)控制

步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī),它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移,即給一個(gè)脈沖信號(hào),步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)和混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的特點(diǎn)是,它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的,即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定,而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作,控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本控制如下:

采用PIC16C621A單片機(jī)和線圈實(shí)現(xiàn)八細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)

控制換相順序—通電換相這一過(guò)程稱(chēng)為脈沖分配。例如:混合式步進(jìn)電機(jī)的工作方式,其各相通電順序?yàn)锳-B-C-D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C,D相的通斷,這就是所謂脈沖環(huán)形分配器。

控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向—如果給定工作方式正序換相通電,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn),如果按反序通電換相,則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。

控制步進(jìn)電機(jī)的速度—如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖,它就轉(zhuǎn)一步,再發(fā)一個(gè)脈沖,它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短,步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。

硬件設(shè)計(jì)

通常步進(jìn)電機(jī)的脈沖控制是由邏輯電路或?qū)S眯酒瑢?shí)現(xiàn)的脈沖環(huán)形分配的,因A3955不自帶環(huán)形分配功能,本設(shè)計(jì)采用兩片A3955驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)線圈,來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖環(huán)形分配的實(shí)現(xiàn)。

本設(shè)計(jì)采用脈沖加方向的步進(jìn)電機(jī)控制方式,應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)二相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的出線方式不同,與驅(qū)動(dòng)器的連接也不同,一般有以下幾種方式:

對(duì)于二相四根線電機(jī),可以直接和驅(qū)動(dòng)器相連(見(jiàn)圖1);

對(duì)于四相六根線電機(jī),中間抽頭的二根線懸空不接,其它四根線和驅(qū)動(dòng)器相連(見(jiàn)圖1)。

具體硬件如圖2,CLK 為外部脈沖輸入端,DIR為外部方向輸入端,步進(jìn)脈沖信號(hào)CLK用于控制步進(jìn)電機(jī)的位置和速度,本驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)為CLK信號(hào)為上升沿有效,要求CLK信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電流為8-15mA,對(duì)CLK的脈沖寬度也有一定的要求,一般不小于5mS。方向電平信號(hào)DIR用于控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。此端為高電平時(shí),電機(jī)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn),此端為低電平時(shí),電機(jī)為順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)。CLK和DIR信號(hào)默認(rèn)幅值為5V,如果不是5V則須外部另加限流電阻R,如信號(hào)幅度為12V時(shí),加680W的電阻。MS0,MS1,MS2 為細(xì)分輸入端,多為8細(xì)分(見(jiàn)表1)。

采用PIC16C621A單片機(jī)和線圈實(shí)現(xiàn)八細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)

為了防止程序進(jìn)入到非程序區(qū),在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施,使程序進(jìn)入陷阱,然后強(qiáng)迫程序回到初始狀態(tài),從而保護(hù)程序的正常運(yùn)行。程序設(shè)計(jì)首先判斷細(xì)分?jǐn)?shù),其次判斷方向信號(hào)DIR,判斷脈沖信號(hào)CLK,當(dāng)沒(méi)有脈沖信號(hào)時(shí),程序進(jìn)入休眠狀態(tài),隨時(shí)準(zhǔn)備接收中斷來(lái)的信號(hào),進(jìn)入程序區(qū),根據(jù)判斷的細(xì)分?jǐn)?shù)和方向信號(hào)進(jìn)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。代碼如下:

結(jié)語(yǔ)

采用此設(shè)計(jì)的八細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,在驅(qū)動(dòng)二相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),速度快,噪音低,控制精高,而且專(zhuān)用芯片細(xì)分?jǐn)?shù)可選。在外觀采用鋁鎂合金,散熱性好,價(jià)格低廉,可廣泛應(yīng)用于需要驅(qū)動(dòng)電流小于1.5A的混合式兩相或四相步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)中。

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