PIC單片機之步進電機的工作原理及使用方法

步進電機是一種將脈沖電流轉(zhuǎn)換為角速度的執(zhí)行器。當步進驅(qū)動器接受到一個差分信號，它就驅(qū)動器步進電機就按設置的方位旋轉(zhuǎn)一個固定不動的視角(橫距角)。根據(jù)控制單脈沖數(shù)量來控制角速度量，能夠 做到精確精準定位;另外能夠 根據(jù)控制單脈沖頻率來控制電機旋轉(zhuǎn)的速率和瞬時速度，做到變速的目地;能夠 根據(jù)更改各相的接電源次序，控制步進電動機的旋轉(zhuǎn)方位。
　　步進電機的特性
　　1、步進電動機的角速度與脈沖信號嚴苛正相關，因而，它沒有總計偏差，具備優(yōu)良的追隨性。
　　2、步進電動機的動態(tài)性回應快，便于起停、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。
　　3、速率可在非常寬的范疇內(nèi)光滑調(diào)整，低速檔下仍能確保得到很大轉(zhuǎn)距，因而，一般能夠 無需降速設備而立即驅(qū)動器負荷。
　　4、步進電動機只有根據(jù)脈沖電源供電系統(tǒng)才可以運作，它不可以立即應用交流電和直流開關電源。
　　那大家該怎樣來控制步進電機旋轉(zhuǎn)呢?直流電機大家要是在電機兩方面再加上工作電壓，電機立刻旋轉(zhuǎn)，但步進電機并不是那樣，它是數(shù)據(jù)控制方式，它將脈沖電流數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化成角速度，即給一個差分信號，步進電動機就旋轉(zhuǎn)一個視角，因而特別適合單片機設計的控制。
　　一般一個詳細的步進電機控制系統(tǒng)軟件包含控制器、驅(qū)動器、電機三一部分。框架圖如圖所示1 所顯示：
　　

　　圖1 步進電機控制系統(tǒng)軟件
　　如今，大家以反應方程步進電機為例子，詳細介紹其基本概念與運用方式。反應方程步進電機可完成大轉(zhuǎn)距輸出，步進角一般為 度。反應方程步進電機的電機轉(zhuǎn)子等效電路由鐵磁性材料做成，電機定子上面有多組分勵磁繞阻，運用地磁極的轉(zhuǎn)變造成轉(zhuǎn)距。常見中小型步進電機的商品如圖2 所顯示，該步進電機能夠 立即與大家的加強型PIC 試驗板相接，進行步進電機控制試驗。
　　

　　圖2 步進電機實體圖
　　步進電機的勵磁方式。
　　步進電機的勵磁方式一般分成1 相勵磁、2 相勵磁、1-2 相勵磁。
　　1 相勵磁時，步進電動機按
方式循環(huán)系統(tǒng)接電源，每一次只對一互通電，電磁場轉(zhuǎn)動一周必須換相4 次，電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個齒距角。其接電源方式更為簡易，轉(zhuǎn)距最少。勵磁方式見表1。
　　表1 1相勵磁方式
　　

　　2 相勵磁時，每一次對兩同樣時接電源，電磁場轉(zhuǎn)動一周必須換相4 次，電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個齒距角。在雙三拍工作中方式中，步進電動機點動的接電源次序為：
;翻轉(zhuǎn)的接電源次序為：
　　
。雙三拍工作中方式的優(yōu)勢是：
　　可造成很大的轉(zhuǎn)距，不容易造成失步。勵磁方式見表2。
　　表2 2相勵磁方式
　　

　　1-2 相勵磁是1 相勵磁和2 相勵磁更替應用的方式。電磁場轉(zhuǎn)動一周必須換相8 次，電機轉(zhuǎn)子才掉轉(zhuǎn)一個橫距角，歸屬于越雷池的方式，換句話說1-2 相勵磁時的橫距角比前二種方式的橫距角小一半，因此步進精密度提升了一倍。1-2 相勵磁方式見表3。
　　表3 1-2相勵磁方式
　　

　　步進電機運用光耦電路
　　步進電機的光耦電路有人下單旋光性直流驅(qū)動器和H 橋驅(qū)動器二種，本例的中小型步進電機，選用非常簡單的單旋光性直流光耦電路，目地取決于認證步進電機的應用，在宣布工業(yè)生產(chǎn)控制一般相較繁雜。簡易光耦電路如圖所示3所顯示。
　　

　　圖3 步進電機的單旋光性直流光耦電路
　　在具體運用中一般驅(qū)動器套路不僅一路，用圖3的分立電路容積大，各界主要參數(shù)一致性無法確保。最好用現(xiàn)有的集成電路芯片做為多通道驅(qū)動器。常見的中小型步進電機光耦電路可以用ULN2003 或ULN2803。大家的試驗板上放的是ULN2003。ULN2003 是髙壓大電流量達林頓晶體三極管列陣產(chǎn)品系列，具備電流量增益值高、工作標準電壓高、溫度范圍寬、帶負荷工作能力強等特性，融入于各種規(guī)定髙速功率大的驅(qū)動器的系統(tǒng)軟件。
　　ULN2002A 由7 組達林頓晶體三極管列陣和相對的電阻器互聯(lián)網(wǎng)及其鉗位二極管互聯(lián)網(wǎng)組成本例具體僅用在其中4組。ULN2003 內(nèi)部構(gòu)造如圖16 所顯示，達林頓晶體三極管等效電路圖如圖所示5 所顯示。
　　

　　圖16 ULN2003內(nèi)部框架圖
　　

　　圖5 達林頓晶體三極管等效電路圖
　　ULN2002A 型髙壓大電流量達林頓晶體三極管列陣電源電路的典型性運用電源電路框架圖如圖所示6 所顯示。鉗位二極管用以維護電磁線圈導通時的自感電動勢穿透集成電路芯片，能夠 看得出，運用ULN2003 后電源電路比分立元件簡約得多。
　　

　　根據(jù)上文的基本原理詳細介紹，大家早已對步進電機的特點及其原理擁有大概地掌握，但在我們?nèi)〉靡粋€步進電機時要恰當?shù)剡\用它還是一時不知道怎樣著手，例如大家如今要控制電機正轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、高速運行、低速檔運行時，必須怎么辦呢?要控制步進電機開展正反轉(zhuǎn)，已并不是像直流電機那么簡易，在電機兩邊再加上正反面相開關電源就可以了，只是根據(jù)輸出不一樣規(guī)律性的正反轉(zhuǎn)時鐘頻率單脈沖來完成控制。如今，大家來一起看一下怎樣開展步進電機正反轉(zhuǎn)及其旋轉(zhuǎn)速率的控制，根據(jù)一個案例，堅信會給大伙兒產(chǎn)生一個理性的了解。
　　最先，大家看來一下加強型PIC 試驗板上的步進電機控制電源電路，由于大家必須將手機軟件和硬件配置緊密結(jié)合開展考慮到怎樣來程序編寫。步進電機控制一部分的電路設計圖如圖所示7 所顯示。PIC 單片機汕尾步進電機驅(qū)動器設計的RD0~RD3 為電機單脈沖輸出腳位，根據(jù)ULN2003 集成化集成ic來驅(qū)動器中小型步進電機，大家要是將步進電機的電源插頭，立即插在木板J3 電源插座處就可以。漏線J4 為大家為試驗板設計方案的步進電機智能化供電系統(tǒng)漏線，那樣試驗板能夠 適用不一樣工作標準電壓的步進電機，當漏線跳至VCC 這端，則給步進電機出示VCC 9V 的開關電源，大家如今做測驗應用的步進電機工作標準電壓是9V 的，因此大家漏線設定到VCC 這一端就可以，假如客戶應用自身的步進電機工作電壓并不是9V 的，那能夠 將漏線跳到VIN 這一端，即客戶外界連接開關電源出示給步進電機工作標準電壓。
　　

　　針對單片機軟件的程序編寫，大家應用MPLab IDE手機軟件來開展C 編程語言，它是大家的程序編寫自然環(huán)境，另外我們可以根據(jù)應用ICD2 模擬仿真燒寫器和加強型PIC試驗板聯(lián)接開展程序流程的模擬仿真調(diào)節(jié)和燒錄流程，實際的操作流程，大家早已在前幾集干了詳盡的表明和詳細介紹，在這里就已不反復表明，閱讀者盆友能夠 參考之前的文章內(nèi)容或立即登錄大家的網(wǎng)址查詢材料。如今我們可以鍵入編程代碼開展調(diào)節(jié)了，我們在MPLabIDE 手機軟件中在建工程項目，添加源代碼編碼，另外開展主控芯片的挑選和配備位的設定，大家試驗常用的主控芯片為PIC16F877A。撰寫的編程代碼以下：
　　/* 步進電機演試程序流程 */
　　#include
　　#define key RB0
　　void delay(void)
　　{
　　int k;
　　for(k=0;k