C51单片机教程第12章.ppt

第12章步进电动机的单片机控制步进电动机的单片机控制步进电动机是纯数字控制的电动机，它将脉冲信号转变成角位移，即电源发一个脉冲，步进电机则转过一个固定的角度，称为步距角θb。电动机的角位移正比于输入脉冲数。当连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速n正比于脉冲的频率，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以非常适合用计算机进行控制。反应式步进电动机结构简单，性能价格比较高，因此应用非常广泛。反应式步进电动机分为三相、四相、五相、六相等结构形式。相数越多步距角越小，但是结构越复杂。
较为常见的三相反应式步进电动机有三相绕组和三对磁极。轮流给A、B、C三相绕组通电，步进电动机则会沿某一方向转动。1.三相绕组的通电方式
（1）单三拍方式：每次只给一相绕组发脉冲，三拍一个循环。
A→B→C→A正转
A→C→B→A反转
（2）双三拍方式：每次只给两相绕组发脉冲，三拍一个循环。
AB→BC→CA→AB正转
AC→CB→BA→AC反转（3）单双六拍方式：轮流给一相、两相绕组发脉冲，六拍一个循环。
A→AB→B→BC→C→CA→A正转
A→AC→C→BC→B→BA→A反转
2.三相反应式步进电动机的步距角θb

（12-1）
其中：Z代表转子齿数，为常数。N代表步进电动机工作拍数。N=K×m，m为相数；K=1时为三拍方式，K=2为六拍方式。当Z=24时，三拍方式步距角为5°；六拍方式步距角为2.5°。3.三相反应式步进电动机的转速n
三相反应式步进电动机的转速公式为：

（12-2）
其中：f代表脉冲频率（Hz）。步进电动机需要专用的驱动控制器，它一般由脉冲发生分配单元、功率驱动单元和保护单元等组成。
1.单电压驱动
单电压驱动只用一个电源对电机绕组供电，电路结构最简单，如图12-1所示。电路中的限流电阻R1决定了时间常数，R1太大会使绕组供电电流减小，电路功耗增大。单电压驱动一般只适用于小功率步进电动机的驱动。

图12-1步进电动机单电源驱动电路2.高低电压驱动
在电动机开始移步时绕组加额定电压，使电机快速移步，而在锁步时，加低于额定电压的锁步电压，绕组只流过所需要的电流。这样既可减少电阻上的功耗，又可以提高电动机的运行速度。如图12-2所示。
脉冲分配可以用脉冲分配器实现，但硬件电路实现脉冲分配会使结构复杂，成本较高。如果用软件实现脉冲分配，将简化电路，降低成本。

图12-2步进电动机高低电压驱动电路采用串行控制时，单片机与步进电动机的功率接口之间只需要两条控制线：一条用于发送走步脉冲串（CP），另一条用于发送控制旋转方向的电平信号。图12-3说明了如何用8051单片机通过串行控制来驱动步进电动机。

图12-3步进电机的单片机控制1.串行控制的硬件电路
串行控制的功率接口电路内含有一个脉冲分配器，其作用是将单路脉冲转换成多相循环变化的脉冲。它有一路输入，多路输出。随着一个个脉冲的输入，各路输出电压轮流变高和变低。例如，三相脉冲分配器有A、B和C三路输出，采用单三拍运行方式时，单片机将一个个脉冲送入脉冲分配器后，三路输出电压将按A→B→C→A…的次序轮流变高和变低。三路电压分别经功率放大器向步进电动机的三相绕组供电，步进电动机就一步一步地旋转起来。脉冲分配器一般还有一个旋转方向控制端，根据方向控制端的电平高低，决定步进电动机的转向。脉冲分配器可以使用专用芯片CH250。图12-4是使用CH250工作于三相六拍状态的接线图。CH250可通过设置引脚1、2和14、15的电平来实现双三拍、单三拍、单双六拍工作状态，每种工作状态又有正、反转两种工作状态，所以共有六种工作状态。

图12-4CH250三相六拍脉冲分配接线图2.串行控制的参考程序
在图12-3所示的串行控制电路中，利用8051单片机的P1.1输出方向电平，P1.0输出走步触发脉冲。走步脉冲的产生方法很简单，只要先对P1.0进行清零，过一会儿再进行一次置位就可以了。由于任何脉冲分配器对触发脉冲的最小脉宽都有一定的要求，所以在清零和置位之间插入的延时时间应有适当的长度。设P1.1低电平时为正转驱动，脉冲分配器在走步触发脉冲发生正跳变时改变输出状态，则正转一步的驱动程序如下：CW： CLR P1.1 ;发出正转电平信号
CLR P1.0 ;输出低电平，为脉冲的正 跳变准备条件
LCALLDT ;调用延时子程序
SETB P1.0 ;输出高电平，产生脉冲正 跳变
RET ;返回
调用该子程序一次，电动机将正转一步。只要按一定的时间间隔调用这个子程序，就可以使电动机按一定的转速连续转动。若要电动机