步进电机常见问题
常见问题
1、第一次使用步进电机驱动器，怎么能尽快调试到最佳状态？
按照说明和驱动器上的标示，正确接好电源和电机后，把驱动器调节到16细分，把信号的输出频率设置到1000HZ内，运行无误后在慢慢加速（提高频率）细分等。
2、驱动器工作长时间工作外壳（散热片）比较热，正常吗？
正常，在常温下外壳（散热片）达到80摄氏度不会对性能有影响，长时间大电流工作的话，你也可以通过加装风扇帮助散热。
3、有什么简单有效的方式确定2相4线步进电机四条线的定义？
将电机的任意两条线接在一起，此时用手拧电机有阻力，则这这两条线是同一相的，可以接驱动器的A+、A-；另外两条线短接仍然有阻力，则将这两条线接在B+和B-。
4、步进电机使用时出现振动大，失步（丢步）或者是有声不转等现象，为什
么？
步进电机与普通交流电机有很大的差别，振动大或失步是常见的现象。产生的原因和解决的方法有以下两点。
?控制脉冲——频率低速时是否处在共振点上（不同型号的电机共振点不一样），高速时是否采用梯形或者其他曲线加速，控制脉冲频率是否有跳动（部分PLC机型）。
解决办法：调节控制脉冲频率或采用步进伺服专用控制器。
?驱动器——电机低速时，振动或失步，高速时正常；驱动电压过高。
电机低速时正常，高速时失步；驱动电压过低。电机长时间无发热现象（电机正常工作时可高达70-80℃）；驱动电流小。电机工作时过热；驱动电流大。
解决办法：调节驱动器电流、驱动器电压、或者更换驱动器。
5、为什么步进电机低速时可以正常运转，若高于一定速度就无法启动并伴
有啸叫声？
步进电机有一个技术参数——空载启动频率，即步进电机在空载的情况下能够正常启动的脉冲频率。如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生失步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应该更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
6、步进电机控制为什么要采用梯形或其他加速方法？
步进电机起步速度根据电机不同一般在50-250r/min,如果希望高于此速度运转就必须先用起步以下速度起步，逐渐加速到最高速度，运行一定距离后再逐渐减速至起步速度以下方可停止，否则会出现高速上不去或失步的现象。
常见加速方法有分级加速、梯形加速和S型加速等。
7、如何确定步进电机驱动器的直流供电电源？
①电压的确定：混合式步进电机驱动器DKD-TB6560的供电电源电压有一个较
宽的范围（12-30V）电源电压一般根据电机的工作转速和响应要求来选择。
如果电机转速要求较高或者响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的波纹不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动器。
电流的确定：供电电源电流一般的输出相电流I来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可以取I值的1.1-1.3倍：如果采用开关电源，电源电流一般可以取I值的1.5-2.0倍。
8、如何用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动方向？
调整两相步进电机通电后的转动方向，只需将电机与驱动器接线的A+和A-(或者B+和B-)对调即可。
使用过程注意事项：
◆使用环境注意避免油污，粉尘，和腐蚀性气体。
◆注意驱动器的通风良好。
◆由于驱动器板不是密封的，注意不要将金属屑和粉尘等落入其中造成电路
短路。
◆插入电源一定要注意看清正负标示，以免正负极接错烧毁驱动器。
◆确定连接无误后再通电测试。
步进电机常识与矩频曲线
步进常识 1. 什么是步进电机? 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. 步进电机分哪几种? 步进电机分三种：永磁式（PM ,反应式（VR和混合式（HB 永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5 度或15 度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5 度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8 度而五相步进角一般为0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛。 3. 什么是保持转矩（HOLDING TORQUE? 保持转矩（HOLDINGORQUE是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进 电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为
了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m 的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m 的步进电机。 4. 什么是DETENT TORQU起动转扭） DETENTTORQU是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETEN T ORQUEE国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQ U E 5. 一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 6. 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至 于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130 度以上，有的甚至高达摄氏200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90 度完全正常。7. 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越 高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 8. 为什么步进电机低速时可以正常运转, 但若高于一定速度就无法启动, 并伴 有啸叫声?
步进电机编程
第一讲步进电机驱动器的使用 步进电机控制原理图 项目开发中采用了雷赛科技公司型号为DM542的步进电机驱动器。处理器型号为STC89C52，本项目中选用57系列步进电机，力矩5NM，满足要求。细分数可以通过驱动器上的拨码开关（红圈中就是拨码开关）设定，细分数就是步进电机转一圈需要的脉冲数。
DM542配57电机典型接法如图所示 使用步进电机驱动器大大降低了驱动步进电机工作的难度，只需要用三路信号就可以驱动步进电机运动。他们分别是PUL-、DIR-和ENA-，具体情况看下表。硬件设计时PUL+、DIR+和ENA+需要接直流+5V。
为了能够使步进电机能够正常运转，单片机通过IO口给出的信号要满足上图中的时间顺序。首先需要让使能信号置为高电平。这就相当于告诉驱动器，我要开始控制你了。 然后就是给驱动器一个方向信号，高速驱动器要控制电机顺时针转动还是逆时针转动。而且这个时间是有要求的，要大于5微秒。就是使能信号给出后，大于5微秒后再给一个方向信号。 接下来就是让步进电机转起来，通过单片机输出脉冲信号，送给步进电机驱动器，进而控制步进电机。方向信号给了之后，也是需要至少大于5微秒之后再给脉冲控制信号。
具体操作请看下面的程序 //本程序可以实现蜗轮蜗杆减速器输出轴转动1圈，细分数400，减速比1:10,4000个脉冲转一圈 //------------头文件区------------------------------------------------------------------------------------- //包括：单片机芯片的配置头文件 // 其他编程中需要调用的C语言自带头文件 // 自己编写的专用头文件 //--------------------------------------------------------------------------------------------------------- #include
步进电机基本知识
步进电机基本知识(2009-01-08 13:51:30) 1、步进电机：是一种将电脉冲转化为角位移或线位移的执行机构。其特点是没有积累误差（精度为100%），广泛应用于各种开环控制。 2、步进电机分类：永磁式（PM），反应式（VR），混合式（HB）。 3、保持转矩：是指步进电机通电，但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 4、精度：为步进角的3～5%，且不累积。 5、细分驱动器：是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机的运转的。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。对于2，4相电机，细分后的步距角等于电机的整步步距角除以细分数。对于3相反应式电机，细分后的步距角等于电机的半步步距角除以细分数。 6、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。0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°，整步工作时为1.8°）此步距角为电机固有步距角。 7、相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 8、失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。 9、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。 10、最大空载运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。 11、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。 12、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。方向由导电顺序决定。控制步进脉冲信号的频率，可以对电机进行精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机进行精确定位。
13、步进电机驱动器：是把计算机控制系统提供的弱信号放大为步进电机能够接受的强电流信号。 14、拍数：是完成一个磁场周期性变化所需脉冲数。指电机转过一个齿距角所需脉冲数。 15、脱机信号free：此信号为选用信号，并不是必须要用的，只有在一些特殊情况下使用，此端为低电平有效，这时电机处于无力矩状态；此端为高电平或悬空不接时此功能无效，电机可正常运行，此功能若用户不采用，只需将此端悬空即可。 16、CP脉冲宽度一般要求不小于2us。 17、CP电平方式：对于共阳接法的驱动器要求为负脉冲方式，脉冲状态为低电平，无脉冲时为高电平；对于共阴接法的驱动器要求为正脉冲方式，脉冲状态为高电平，无脉冲时为低电平。 18、dir信号：一定要在电机降速停止后再换向。 19、步进电机在启动时，必须有升速过程；在停止时必须有降速过程，一般来说升速过程和降速过程规律相同。特例：步进电机运行速度不超过突跳频率，这时不存在升降速问题。 20、自动半电流功能：驱动机在步进脉冲信号停止施加2S左右，会自动进入半电流状态，这时电机相电流为运行时的一半，以减少功耗和保护电机。 21、细分优点：完全消除了电机的低频振荡。 22、步进电机的工作性能在很大程度上取决于所使用的驱动电路的类型和参数。 23、常用的有两相，四相混合式步进电机。 24、电机是有内阻的感性负载。 25、步进电机驱动方式：恒压，恒流，恒流斩波，使同样电机输出更大速度和功率。 26、步进电机启动：A、低初速度，低加速度阶段
单片机驱动步进电机程序代码
单片机驱动步进电机程 序代码 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
/******************************************************** 实现功能：正转程序 使用芯片：AT89S52 晶振： 编译环境：Keil 作者： 【声明】此程序仅用于学习与参考，引用请注明版权和作者信息！********************************************************/ #include<> //库文件 #define uchar unsigned char //字符型宏定义 #define uint unsigned int //整型宏定义 uchar tcnt; //定时器计数初值定义 uint sec; //速度值定义 uchar buf[11]; uchar bai,shi,ge; /********************控制位定义*************************/ sbit shi_neng=P1^0; // 使能控制位 sbit fang_shi=P1^1; // 工作方式控制位 sbit fang_xiang=P1^2;// 旋转方向控制位 sbit mai_chong=P1^3; // 脉冲控制位 /********************延时函数***************************/ void delay1ms(uchar z) { uchar x,y; for(x=0;x 步进电机也叫步进器，它利用电磁学原理，将电能转换为机械能，人们早在20世纪20年代就开始使用这种电机。随着嵌入式系统(例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等)的日益流行，步进电机的使用也开始暴增。不论在工业、军事、医疗、汽车还是娱乐业中，只要需要把某件物体从一个位置移动到另一个位置，步进电机就一定能派上用场。步进电机有许多种形状和尺寸，但不论形状和尺寸如何，它们都可以归为两类：可变磁阻步进电机和永磁步进电机。本文重点讨论更为简单也更常用的永磁步进电机。 步进电机的构造 如图1所示，步进电机是由一组缠绕在电机固定部件--定子齿槽上的线圈驱动的。通常情况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，而在电机中，绕在齿上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。如果线圈中电流的流向如图1所示，并且我们从电机顶部向下看齿槽的顶部，那么电流在绕两个齿槽按逆时针流向流动。根据安培定律和右手准则，这样的电流会产生一个北极向上的磁场。 现在假设我们构造一个定子上缠绕有两个绕组的电机，内置一个能够绕中心任意转动的永久磁铁，这个可旋转部分叫做转子。图2给出了一种简单的电机，叫做双相双极电机，因为其定子上有两个绕组，而且其转子有两个磁极。如果我们按图2a所示方向给绕组1输送电流，而绕组2中没有电流流过，那么电机转子的南极就会自然地按图中所示，指向定子磁场的北极。 再假设我们切断绕组1中的电流，而按图2b所示方向给绕组2输送电流，那么定子的磁场就会指向左侧，而转子也会随之旋转，与定子磁场方向保持一致 接着，我们再将绕组2的电流切断，按照图2c的方向给绕组1输送电流，注意：这时绕组1中的电流流向与图2a所示方向相反。于是定子的磁场北极就会指向下，从而导致转子旋转，其南极也指向下方。 然后我们又切断绕组1中的电流，按照图2d所示方向给绕组2输送电流，于是定子磁场又会指向右侧，从而使得转子旋转，其南极也指向右侧。。 最后，我们再一次切断绕组2中的电流，并给绕组1输送如图2a所示的电流， mega16的，16和32管脚兼容，只不过flash大小不一样，不过中断向量号也不一样，你看下自己改改。时钟频率：内部RC 1M 芯片：ULN2003 键值：0 小角度快正转。1 小角度快倒。2 大角度快转。3 大角度快倒。4 小角度正慢转。5 小角度倒慢转。6 大角度正慢转。7 大角度倒慢转。********************************************************************/ #include 第一步：步进电机的保持转矩，相当于传统电机所说的“功率”。当然，他们有着本质的区别。步进电机的物理结构，完全不同于普通的交、直流电机，它的输出功率是可变的。通常根据需要的转矩大小，来选择哪种型号的步进电机。大致来说，扭力在0.8n.m以下的，一般选择28、35、39、42；扭力在1N.m左右的，选择57电机较为合适。扭力在几N.m或更大的情况下，就应当选择转矩更大的75、85、86、90、110、130等规格的步进电机。同时，我们还应考虑电机的转速。因为，电机的输出转矩，与转速成反比关系。就是说，步进电机在低速（每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大），在高速旋转状态的转矩就很小了。当然，有些工作环境需要高速电机，就要对步进电机的线圈电阻、电感等指标进行综合权衡。选择电感稍小一些的电机，作为高速电机，能够获得较大输出转矩。反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。 第二步：步进电机空载启动频率，一般称为“空起频率”。这是选购步进电机很重要的一项指标。如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在1000转/分钟左右或更高。最好选择反应式或永磁式步进电机，这些电机的“空起频率”都比较高。 第三步：步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。大多数场合，使用两相、三相、五相混合式步进电机的比较多。在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是很实用的。 第四步：防水防腐型步进电机能够防水、防油，适用于某些特殊场合。例如水下机器人，就需要放水电机。75BYG系列步进电机大多具有防水结构。对于特种用途的电机，就要针对性选择了。 第五步：特殊规格的步进电机，通常需要和生产厂家沟通，在技术允许的范围内，加工订做。例如，出轴的直径、长短、伸出方向等。 No2．步进电机的噪音控制方法 步进电机的运转难免会有很大的噪音，在工厂这些噪音其实不算什么，工厂里多的是机械，各式各样的，一起运转，那么多的噪音，就好像在开一场演唱会，只是是我们听不懂的，很刺耳的。 噪音大听不到不要紧，但是在工厂里面的操作工难免就要遭罪了，操作工之间讲话都是问题，不用吼得是听不到了，久而久之，他们的听觉也会有一点受到影响。那该如何减少这些机器的噪声呢？ 第一，可以通过改变减速比等机械传动避开共振区； 第二，可以采用带有细分功能的驱动器； 第三，可以换成步距角更小的步进电机； 第四，可以换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声； 第五，可以在电机轴上加磁性阻尼器。 步进电机高速不能直接使用普通的交直流电源，需要专用的伺服控制器，应注意以下特点： . 步进电机步进电步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机 电元件。正常运动情动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。其旋转转速与输入脉冲况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，步进电动机的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。（一）步进电机的种类目前常用的有三种步进电动机：。反应式步进电动机结构简单，生产成本低，）反应式步进电动机（（1VR）步距角小；但动态性能差。。永磁式步进电动机出力大，动态性能好；（2）永磁式步进电动机（PM）。混合式步进电动机综合了反应3）混合式步进电动机（）HB但步距角大。（式、永磁式步进电动机两是目前性能最高的步进电动机。动态性能好，它的步距角小，出力大，者的优点，它有时也称作永磁感应子式步进电动机。（二）步进电动机的工作原理 X1图三相反应式步进电动机结构示意图转子3——定子绕组1——定子2——图x1是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六三相、CA60o 个均布的磁极，其夹角是。各磁极上套有线圈，按图1连成、B而定子， =360o/40=9oθ转子上均布绕组。40所以每个齿的齿距为个小齿。E . . 个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定每个磁极的极弧上也有5，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿30和40子和转子的小齿数目分别是相磁B相和C相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图，那么错位的情况。若以A极下的磁阻B、C。因此，极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3o 相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越相通电，B磁极下的磁阻大。若给比AB（磁阻转矩）相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩B、3o；此时A的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过相绕组通电，C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对B。C 相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过3o而改为转子会按顺时针方向，A顺序循环通电时，→B→C→当三相绕组按依次类推，AB→A若改变通电顺序，按→C3o以每个通电脉冲转动的规律步进式转动起来。的规律转动。3o顺序循环通电，→A则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动 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电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。。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，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，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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。 步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它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。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，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。步进电机概述 步进电机又称为脉冲电机,基于最基本的电磁铁原理,它是一种可以自由回转的电磁铁,其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。年前后开始以控制为目的的尝试,应用于氢弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电机。二十世纪初,在自动交换机中广泛使用了步进电机。由于西方资本主义列强争夺殖民地,步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更为容易。到了八十年代后,由于廉价的微型计算机以 多功能的姿态出现,步进电机的控制方式更加灵活多样。 步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是,它接收数字控制信号电脉冲信号并 转化成与之相对应的角位移或直线位移,它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。而且它可开环位置控制,输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量,这样的所谓增量位置 控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低,几乎不必进行系统调整。步进电机 的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比,而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。 我国的步进电机在二十世纪七十年代初开始起步,七十年代中期至八十年代中期为成 品发展阶段,新品种和高性能电机不断开发,目前,随着科学技术的发展,特别是永磁材料、半导体技术、计算机技术的发展,使步进电机在众多领域得到了广泛应用。 步进电机控制技术及发展概况 作为一种控制用的特种电机,步进电机无法直接接到直流或交流电源上工作,必须使用专用的驱动电源步进电机驱动器。在微电子技术,特别计算机技术发展以前,控制器脉冲信 号发生器完全由硬件实现,控制系统采用单独的元件或者集成电路组成控制回路,不仅调试 安装复杂,要消耗大量元器件,而且一旦定型之后,要改变控制方案就一定要重新设计电路。这就使得需要针对不同的电机开发不同的驱动器,开发难度和开发成本都很高,控制难度较大,限制了步进电机的推广。 步进电机 学习交流群——126500542（验证信息：千寻琥珀心） 在这里介绍一下如何用51单片机驱动步进电机。 本例所使用的步进电机为四项驱动，驱动电压为12V，锯齿角（为什么叫锯齿叫而不叫步进角，我也不知道这样解释是否正确，但是根据步进角计算公式所得的结果将7.5理解为锯齿叫会更好些，也在网上搜了不少资料，说是步进角的较多，但都是直接给出的，而未作出计算，不过也有是将其作为锯齿角的，并且结合书上的内容，在此就将此作为锯齿角理解，那何谓步进角，下面公式将给出）为7.5度。（也就是说锯齿之间的单位角度），不进一圈总共需要360度，故有48个锯齿。 在此对电路图部分不再给出，具体引脚连接接下来给出。本例所使用的电机驱动芯片为达林顿驱动器（ULN2003），通过P1.0~P1.3分别接通步进电机的驱动线圈来控制步进电机的运转。注意如果直接使用单片机通过驱动芯片驱动电机，力矩可能不够大，效果不是很好，因为ULN2003的驱动电压为12V，而单片机系统电压为5V，故请读者注意此点，在设计电路时，另施电压。 步进电机要想正常工作，必须有驱动信号，转动的速度与驱动信号的频率是成正比的。（实例中将会给出并予以说明）接下来我们看看对于电机驱动中的信号的产生。 本例中采用的步进电机为四项，三项驱动和四项驱动原理上 是一样的。假设步进电机的四个项为：A、B、C、D。它的拍数可由读者任意设定（即步进节奏）。再继续下面的内容时，我们现在此给出一个计算步进电机的公式：Qs=360/NZr,其中N=McC 为运行的拍数，McC为控制绕组项数，C为状态系数，当采用单双本项拍数时，C=1，当采用单双本项一倍拍数时，C=2。（此处说的本项拍数，如三项为单三拍，双三拍。本项一倍拍数为单六拍，简言之，三拍为1.六拍为2对于四项则四拍为1,8拍为2（说的有些玄乎，手中板砖还望留情）），Zr为转子齿数，先来看看单四拍，即A→B→C→D→A.因为上述已经给出了锯齿数，此例C=1，所以Qs=360/(4*1*48)=1.875°。故此电机的步进角为1.875°（既步与步之间的角度），因为行进是和脉冲有关的，一个脉冲行进一步，那么行进一圈，所需脉冲数为：360/1.875=192个脉冲。同时我们如果控制这些脉冲的频率就可以直接控制步进电机的运转速度了。继续我们的单四拍，运行方向A→B→C→D →A。（假设为正转）则在程序中对应的操作执行码为：(硬件连接时P1口的高四位不用全置1，此处只需用到低四位) P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 D C B A (对应4个线圈) 1 1 1 0 0xfe (根据外部链接电路定，也可以是0001，此处采用低电平导通，导通A项线圈) 1 1 0 1 0xfd (导通B项线圈) 1 0 1 1 0xfb (导通C项线圈) 步进电机结构简介 按照励磁方式分类，步进电机可分为反应式、永磁式和感应子式。其中反应式步进电机用的比较普遍，结构也较简单。本课题采用的也是此类电机。 反应式步进电机又称为磁阻式步进电机，其典型结构如图1所示。这是一台三相电机，定子铁心由硅钢片叠成，定子上有6个磁极，每个磁极上又各有5 个均匀分布的矩形小齿。三相电机共有三套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相。转子也是由叠片铁心构成，转子上没有绕组，而是由40个矩形小齿均匀分布在圆周上，相邻两 齿之间的夹角为9度。 下面简述其工作原理。当某相绕组通 电时，对应的磁极就会产生磁场，并与转 子形成磁路。若此时定子的小齿与转子的 小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子 转动一定的角度使转子齿与定子齿对应。 由此可见，错齿是促使步进电机旋转的根 本原因。例如，在单三拍运行方式中，当 A相控制绕组通电，而B、C相都不通电时， 由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特 点，所以转子齿与A相定子齿对齐。若以此作为初始状态，设与A相磁极中心磁极的图1 步进电机剖面结构转子齿为0号齿，由于B相磁极与A相磁极相差120度,且120度/9度＝13.333不为整数，所以，此时13号转子齿不能与B相定子齿对齐，只是靠近B相磁极的中心线，与中心线相差3度。如果此时突然变为B相通电，而A、C相都不通电，则B相磁极迫使13号小齿与之对齐，整个转子就转动3度。此时称电机走了一步。 同理，我们按照A→B→C→A顺序通电一周，则转子转动9度。转速取决于各控制绕组通电和断电的频率（即输入脉冲频率），旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。如上述绕组通电顺序改为A→C→B→A······则电机转向相反。 这种按A→B→C→A······方式运行的称为三相单三拍，“三相”是指步进电机具有三相定子绕组，“单”是指每次只有一相绕组通电，“三拍”是指三次换接为一个循环。 此外，三相步进电机还可以以三相双三拍和三相六拍方式运行。三相双三拍就是按AB→BC→CA→AB······方式供电。与单三拍运行时一样，每一循环也是换接3次，共有3种通电状态，不同的是每次换接都同时有两相绕组通电。三相六拍的供电方式是A→AB→B→BC→C→CA→A······每一循环换接六次，共 步进电机的控制电路和程序 先看一下我们将要使用的51单片机综合学习系统能完成哪些实验与产品开发工作：分别有流水灯，数码管显示，液晶显示，按键开关，蜂鸣器奏乐，继电器控制，IIC总线，SPI总线，PS/2实验，AD模数转换，光耦实验，串口通信，红外线遥控，无线遥控，温度传感，步进电机控制等等。 上图是我们将要使用的51单片机综合学习系统硬件平台，本期实验我们用到了综合系统主机、步进电机，综合系统其它功能模块原理与使用详见前几期《电子制作》杂志及后期连载教程介绍。 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，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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 步进电机分类与结构 现在比较常用的步进电机分为三种：反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）。本章节以反应式步进电机为例，介绍其基本原理与应用方法。反应式步进电机可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。常用小型步进电机的实物如图1 所示。 图1步进电机实物图 图 2 步进电机内部图 步进电机现场应用驱动电路 综合系统使用的是小型步进电机，对电压和电流 要求不是很高，为了说明应用原理，故采用最简单 的驱动电路，目的在于验证步进电机的使用，在正 式工业控制中还需在此基础上改进。一般的驱动电 路可以用图3的形式。 图3 一般驱动电路 在实际应用中一般驱动路数不止一路，用上图的分立电路体积大，很多 场合用现成的集成电路作为多路驱动。常用的小型步进电机驱动电路可以用 ULN2003或ULN2803。本书配套实验板上用的是ULN2003。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力，为单片双极型大功率高速集成电路。ULN2003内部结构及等效电路图如图4： 步进电机 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电 动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，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，所以特别适宜采用微机进行控制。 （一）步进电机的种类 目前常用的有三种步进电动机： （1）反应式步进电动机（VR。反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。 （2）永磁式步进电动机（PM）。永磁式步进电动机出力大，动态性能好； 但步距角大。（3）混合式步进电动机（HB）。混合式步进电动机综合了反应 式、永磁式步进电动机两 者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。 它有时也称作永磁感应子式步进电动机。 （二）步进电动机的工作原理 图X1三相反应式步进电动机结构示意图 1 ――定子 2 ――转子 3 ――定子绕组 图x1是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60o。各磁极上套有线圈，按图1连成A、B、C三相绕组。转子上均布40个小齿。所以每个齿的齿距为B E=360O /40=9O，而定子 每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的小齿数目分别是30和40 ,其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3o。因此，B、C极下的磁阻 比A磁极下的磁阻大。若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩(磁阻转矩) 的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3o ;此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对B相绕组通电， 而改为C相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过3o。依次类推，当三相绕组按A - B-C-A顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动3o的规律步进式转动起来。若改变通电顺序，按A-C-B -A顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3o的规律转动。因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。单三拍运行时的步矩角9b为30o。三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按AB-BC-CA-AB顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按A—AB — B —BC—C—CA —A顺序循环通电的方式。六拍运行时的步矩角将减小一半。反应式步进电动机的步距角可按下式计算：| 9b=360o /NE r (x-1 )式中E r ------------ 转子齿数，N ------ 运行拍数，N=km ，m为步进电动机的绕 组相数，k=1或2。 (三)步进电动机的特性 (1)步进电动机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲信号的时候，步进电动机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度(称为步角)转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。 (2)步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 (3 )改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。 (四)步进电动机的驱动方法 步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图x2所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护 #include "reg52.h" #include "INTRINS.H" #include 步进电机,伺服电机可编程控制器K H-01使用说明 一、系统特点 ●控制轴数：单轴； ●指令特点：任意可编程（可实现各种复杂运行：定位控制和非定位控制）； ●最高输出频率：40KHz(特别适合控制细分驱动器)； ●输出频率分辨率：1Hz； ●编程条数：99条； ●输入点：6个（光电隔离）； ●输出点：3个（光电隔离）； ●一次连续位移范围：—7999999~7999999； ●工作状态：自动运行状态，手动运行状态，程序编辑状态，参数设定状态； ●升降速曲线：2条（最优化）； ●显示功能位数：8位数码管显示、手动/自动状态显示、运行/停止状态显示、步数/计数值/程序显示、编辑程序，参数显示、 输入/输出状态显示、CP脉冲和方向显示； ●自动运行功能：可编辑，通过面板按键和加在端子的电平可控制自动运行的启动和停止； ●手动运行功能：可调整位置（手动的点动速度和点动步数可设定）； ●参数设定功能：可设定起跳频率、升降速曲线、反向间隙、手动长度、手动速度、中断跳转行号和回零速度； ●程序编辑功能：可任意插入、删除可修改程序。具有跳转行号、数据判零、语句条数超长和超短的判断功能； ●回零点功能：可双向自动回到零点； ●编程指令：共14条指令； ●外操作功能：通过参数设定和编程，在(限位A)A操作和(限位B)B操作端子上加开关可执行外部中断操作； ●电源：AC220V（电源误差不大于±15%）。 一、前面板图 前面板图包括： 1、八位数码管显示 2、六路输入状态指示灯 3、三路输出状态指示灯 4、CP脉冲信号指示灯 5、CW方向电平指示灯 6、按键：共10个按键，且大部分按键为复合按键，他们在不同状态表示的功能不同，下面的说明中，我们只去取功能之 一表示按键。 后面板图及信号说明： 后面板图为接线端子，包括： 1、方向、脉冲、+5V为步进电机驱动器控制线，此三端分别连至驱动器的相应端，其中： 脉冲————步进脉冲信号 方向————电机转向电平信号 +5V————前两路信号的公共阳端 CP、CW的状态分别对应面板上的指示灯 2、启动：启动程序自动运行，相当于面板上的启动键。 3、停止：暂停正在运行的程序，相当于面板上的停止键，再次启动后，程序继续运行。 4、(限位A)A操作和(限位B)B操作是本控制器的一大特点：对于步进电机，我们一般进行定量定位控制，如控制电机以一 定的速度运行一定的位移这种方式很容易解决，只需把速度量和位移量编程即可。但还有相当多的控制是不能事先定位的，例如控制步进电机从起始点开始朝一方向运行，直到碰到一行程开关后停止，当然再反向运行回到起始点。再例如要求步 步进电机基本原理 电机将电能转换成机械能，步进电机将电脉冲转换成特定的旋转运动。每个脉冲所产生的运动是精确的，并可重复，这就是步进电机为什么在定位应用中如此有效的原因。 永磁步进电机包括一个永磁转子、 线圈绕组和导磁定子。激励一个线圈绕 组将产生一个电磁场，分为北极和南 极，见图1所示。定子产生的磁场使转子转动到与定子磁场对直。通过改变定子线圈的通电顺序可使电机转子产生连续的旋转运动。 图2显示了一个两相电机的典型的步进顺序。在第1步中，两相定子的A相通电，因异性相吸，其磁场将转子固定在图示位 置。当A相关闭、B相通电时，转子顺时针旋转90°。在第3步中，B相关闭、A相通电，但极性与第1步相反，这促使转子再次旋转90°。在第4步中，A相关闭、B相通电，极性与第2步相反。重复该顺序促使转子按90°的步距角顺时针旋转。 图2中显示的步进顺序称为“单相激励”步进。更常用的步进方法是“双相激励”，其中电机的两相一直通电。但是，一次只能转换一相的极性，见图3所示。两相步进时，转子与定子两相之间的轴线处对直。由于两相一直通电，本方法比“单相通电” 步进多提供了41.1%的力矩，但输入功率却为2倍。 半步步进 电机也可在转换相位之间插入一个关闭状态而走“半步”。这将步进电机的整个步距角一分为二。例如，一个90°的步进电机将每半步移动45°，见图4。但是，与“两相通电”相比，半步进通常导致15%～30%的力矩损失（取决于步进速率）。在每交换半步的过程中，由于其中一个绕组没有通电，所以作用在 转子上的电磁力要小，造成了力矩的净损失。 双极性绕组 双相激励介绍了利用一种“双极性线圈绕组”的方法。每相用一个绕组，通过将绕组中电流反向，电磁极性被反向。典型的两相双极驱动的输出步骤在电气原理图和图5中的步进顺序中 进一步阐述。按图所示，转换只利用绕组简单地改变电流的方向，步进电机原理介绍
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