四相步进电机(四相步进电机接线图)
步进电机的工作原理
步进电机为四相步进电机,由单极DC电源供电。只要步进电机各相绕组按照合适的时序通电,步进电机就可以逐步旋转。
图1四相步进电机步进示意图
首先接通开关SB,关断SA、SC、SD,B相磁极对准转子0、3号齿。同时,转子的1、4号齿与C、D相绕组磁极交错,2、5号齿与D、A相绕组磁极交错。
当开关SC接通而SB、SA和SD断开时,转子由于C相绕组的磁力线和齿1和4之间的磁力线而旋转,齿1和4的磁极与C相绕组的磁极对准。但齿0、齿3和A、B相绕组交错,齿2、齿5和A、D相绕组交错。同样,如果A、B、C、D四相绕组依次供电,转子将沿A、B、C、D方向旋转。
根据通电顺序的不同,四相步进电机可分为单四拍、双四拍和八拍工作模式。单拍和双拍的步距角相等,但单拍的转折瞬间较小。八拍工作模式的步距角是单四拍和双四拍的一半,因此八拍工作模式不仅可以保持较高的旋转力矩,还可以提高控制精度。
单拍、双拍和八拍工作模式的上电时序和波形分别如图2.a、B和C所示:
A.单四拍b .双四拍C八拍
图2。步进电机工作时序波形图
2.基于AT89C2051的步进电机驱动系统的电路原理
图3步进电机驱动系统电路原理图
AT9C2051从P1端口P1.4~P1.7输出控制脉冲,经74LS14反相后进入9014。经9014放大后,由AT9C2051控制光电开关。光电隔离后,脉冲信号由功率管TIP122在电压和电流上放大,驱动步进电机各相绕组。用不同的脉冲信号使步进电机正转、反转、加速、减速、停止。图L1示出了步进电机的相绕组。AT89C2051选择频率为22MHz的晶体振荡器。选择较高的晶体振荡器的目的是为了在模式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。
图3中,RL1~RL4指绕组内阻,50ω电阻为外部电阻,起限流作用,也是提高回路时间常数的元件。D1~D4为续流二极管,通过续流二极管(D1~D4)使电机绕组产生的反电动势衰减,从而保护功率管TIP122不受损坏。
将一个200μF电容与50 ω外部电阻并联,可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿,提高步进电机的高频性能。与续流二极管串联的200 ω电阻可以降低电路的放电时间常数,使绕组中电流脉冲的后沿更陡,缩短电流下降时间,同时也起到改善高频工作性能的作用。
3.软件设计
根据dip开关KX和KY的不同组合,驾驶员有三种工作模式可供选择:
模式1为中断模式:P3.5(INT1)为步进脉冲输入端,P3.7为正负脉冲输入端。上位机(PC或MCU)和驱动程序之间只用两根线连接。
方式二为串行通信方式:上位机(PC或MCU)向驱动程序发送控制命令,驱动程序根据控制命令自行完成相关控制过程。
模式3为dip开关控制模式:通过K1~K5的不同组合直接控制步进电机。
上电或按下复位键KR后,AT89C2051首先检测dip开关KX和KY的状态,并根据KX和KY的不同组合进入不同的工作模式。模式1的流程图和源程序如下。
在编程中,应特别注意换向时步进电机的处理。为了使步进电机在换向过程中平稳过渡,避免步骤错误,每一步都要设置一个标志位。20H单元的每一位是步进电机的正转标志位;单元21H的每个位是反转标志位。在正向旋转中,不仅正向旋转标志位被分配,而且反向旋转标志位也被分配。倒车时也是如此。这样,当步进电机换向时,最后一个位置可以作为反向运动的起点,从而避免了电机换向时的错误步进。
图4模式1的程序框图
1模式源程序:
MOV 20H,# 00H单元20H设置初始值,电机正转位置指针。
MOV 21H,# 00H单元21H设置初始值,电机反转位置指针。
MOV·P1,# 0C0HP1设置初始值,以防止电机通电时短路。
MOV TMOD,# 60HT1计数器初始化,中断开启。
MOV TL1,#0FFH
MOV TH1,#0FFH
SETB ET1
SETB环境署
SETB TR1
SJMP美元
;* * * * * * * * * *计数器1中断程序* * * * * * * * * *
IT1P: JB P3.7,FAN电机正反转指针
;* * * * * * * * * * *电机向前旋转* * * * * * * * * * * * * *
JB 00H,LOOP0
JB 01H,LOOP1
JB 02H,LOOP2
JB 03H,LOOP3
JB 04H,LOOP4
JB 05H,LOOP5
JB 06H,LOOP6
JB 07H,LOOP7
LOOP0,#0D0H
MOV 20H,#02H
MOV 21H,#40H
AJMP QUIT
LOOP1,#090H
MOV 20H,#04H
MOV 21H,#20H
AJMP QUIT
LOOP2,#0B0H
MOV 20H,#08H
MOV 21H,#10H
AJMP QUIT
LOOP3,#030H
MOV 20H,#10H
MOV 21H,#08H
AJMP QUIT
LOOP4,#070H
MOV 20H,#20H
MOV 21H,#04H
AJMP QUIT
LOOP5,#060H
MOV 20H,#40H
MOV 21H,#02H
AJMP QUIT
LOOP6,#0E0H
MOV 20H,#80H
MOV 21H,#01H
AJMP QUIT
LOOP7,#0C0H
MOV;20H,#01H
MOV 21H,#80H
AJMP QUIT
;* * * * * * * * * * * *电机反转* * * * * * * * * * * * * *
风扇:JB 08H,LOOQ0
JB 09H,LOOQ1
JB 0AH,LOOQ2
JB 0BH,LOOQ3
JB 0CH,LOOQ4
JB 0DH,LOOQ5
JB 0EH,LOOQ6
JB 0FH,LOOQ7
LOOQ0: MOV P1,#0A0H
MOV 21H,#02H
MOV 20H,#40H
AJMP QUIT
LOOQ1,#0E0H
MOV 21H,#04H
MOV 20H,#20H
AJMP QUIT
LOOQ2: MOV P1,#0C0H
MOV 21H,#08H
MOV 20H,#10H
AJMP QUIT
MOV P1,# 0D0H
MOV 21H,#10H
MOV 20H,#08H
AJMP QUIT
MOV P1,050小时
MOV 21H,#20H
MOV 20H,#04H
AJMP QUIT
LOOQ5:MOV·P1,#070H
MOV 21H,#40H
MOV 20H,#02H
AJMP QUIT
MOV·P1,#030H
MOV 21H,#80H
MOV 20H,#01H
AJMP QUIT
LOOQ7: MOV P1,#0B0H
MOV 21H,#01H
MOV 20H,#80H
退出:RETI
结束
4.结论
实验表明,该驱动器可以驱动0.5N.m步进电机。通过调节驱动部分续流二极管的电阻、电容及相关参数,可以驱动1.2N.m步进电机。驱动电路简单可靠,结构紧凑,特别适用于I/O口线和MCU资源紧张的系统。