文档介绍：基于单片机的步进电机控制器设计
摘要:步进电机是一种常用的机电执行元件,相应的控制和驱动电路对于其整体性能起着非常重要的作用。采用常见的 STC89C52 单片机和步进电机驱动芯片的控制和驱动。整个系统具有结构简单、可靠性高、体积小、成本低和使用性强等特点、具有较高的应用价值。
关键字: 单片机; 步进电机;控制器;驱动器
1 绪论: 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。驱动器
接收到一个脉冲信号后,驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先, 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;其次,通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到涮速的目的。目前,步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点,在机电一体化产品中应用广泛,常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有 L297 和 L298 组合应用、3977、8435 等,这些芯片一般单相驱动电流在 2 A 左右,无法驱动更大功率电机,限制了其应用范围。本文基于东芝公司 2008 年推出的步进电机驱动芯片 TB6560 和 STC89C52 单片机提出了一种步进电机控制器的设计方案。
设计目标:通过对 89c51 单片机实现对两相步进电机正转,反转的控制,并能对其步数进行精确控制。
步进电机简介
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。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。
分类
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。
永磁式步进电机
永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为度或 15 度;
反应式步进电机
反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为度,但噪声和振动都很大。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。
混合式步进电机
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两相步进角一般为度而五相步进角一般为度。这种步进电机的应用最为广泛。
工作原理: 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。以下以两相永磁式步进电机为例。
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 3 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 %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。
TB6560 简介
东芝生产的 TB6560AHQ 步进电机驱动器芯片通过采用 BiCD 工艺,将低电阻与高许
可损耗封装相结合,使其与其它同类产品相比能够极大减少热量的产生,还能支持使用时钟输入控制的无微控制器应用环境下的微步驱动。
TB6560ahq 的主要特点有:
1、内部集成双全桥 MOSFET 驱动;
2、最高耐压 40 V,单相输出最大电流 A(峰值);