步进电机驱动设计方案.docx

江西理工大学步进电机驱动设计江西理工大学电子111班课程设计课 题 名 称： 步进电机驱动设计 组 长： 柯于红 成 员： 柯于红、陈峰、吴正源 指 导 教 师： 程铁栋老师 2013年 12 月 30日目录第1章 ：设计任务与要求第2章 ：设计方案第3章 ：硬件设计第4章 ：硬件测试第5章 ：小结第1章 设计任务与要求（一）完成3A以下两相/四相/四线/六线步进电机驱动方案设计，要求工作电压在10V-24V，解决高速过程中失步的不足。（二）设计良好的保护电路，实现自动半流功能，同时实现最大256倍细分。（三）设计电机加速方案，减小步进电机运行过程中的噪音。 第二章 设计方案原理: 步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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，从而达到调速和定位的目的。设计思路: 步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电，控制电机转动系统框图设计控制器脉冲信号分配功率驱动电路步进电机驱动器步进电机 方向、脉冲信号控制器：产生脉冲。控制电机的速度和转向。驱动器：a.脉冲信号分配：为步进电机各绕组提供正确的供电顺序。 b.功率驱动电路：提供电压、电流。各种保护电路，如果过流、过热等。 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。我们芯片THB7128提出了一种步进电机驱动电路设计方案。THB7128一、参数及性能1、单芯片两相正弦细分步进电机驱动2、直接采用单脉冲和方向信号译码控制模式3、双全桥MOSFET驱动，低导通电阻Ron=0.534、可实现正反转控制5、通过3位选择8档细分控制(1,1/2,1/4,1/8, 1/16, 1/32, 1/64,1/128 )6、最高耐压40VDC7、高输出电流（Iout=3.3 A）8、HZIP19封装9、有复位和使能管脚10、芯片内部有过热保护（TSD）和过流检测电路11、自动半流锁定功能控制信号隔离电路 驱动电路THB7128步进驱动电路主电路 逻辑控制电路自动半流电路（一)、信号输入端光耦隔离接法输入信号接口有两种接法：用户可根据需要采用共阳极接法或共阴极接法。1、共阳极接法：分别将CP+，U/D+，EN+连接到控制系统的电源上，如果此电源是+5V则可直接接入，如果此电源大于+5V，则须外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光藕提供815mA的驱动电流。脉冲输入信号通过CP-接入；此时，U/D-，EN-在低电平有效。2、共阴极接法：分别将CP-，U/D-，EN-连接到控制系统的地端（SGND，与电源地隔离）；+5V的脉冲输入信号通过CP+加入；此时，U/D+，EN+在高电平有效。限流电阻R的接法取值与共阳极接法相同。注：EN端可不接，EN有效时电机转子处于自由状态（脱机状态），这时可以手动转动电机转轴，做适合您的调节。手动调节完成后，再将EN设为无效状态，以继续自动控制。(二)、细分数设定细分数是以驱动板上的拨盘开关选择设定的，根据细分选择表的数据设定（最好在断电情况下设定）。细分后步进电机步距角按下列方法计算：步距角=电机固有步距角/细分数。如：一台固有步距角为3.6的步进电机在16细分下步距角为3.6/16=0.225驱动板上拨码开关4、5、6分别对应M1、M2、M3。 具体细分对应情况如下图所示：(三)、电流大小设定电流大小由拨码开关S1、S2、S3（分别对应拨码开关上的1、2、3号）选择，电流三档可选。电流（A）1.02.03.0S1OFFOFFONS2OFFONOFFS3ONOFFOFF注：采用6N137高速光耦，可保证高速不失步。THB7128驱动器(五)、接线端子定义说明信号输入端：CP+：脉冲信号输入正端。CP-：脉冲信号输入负端。DIR+：电机正、反转控制正端。DIR-：电机正、反转控制负端。EN+：电机脱机控制正端。EN-：电机脱机控制负端。电机绕组连接：A+：连接电机绕组A+相。A-：连接电机绕组A-相。B+：连接电机绕组B+相。B-：连接电机绕组B-相。工作电压的连接：VCC：连接直流电源正（注意：10VVCC32V）。GND：连接直流电源负。(六)、驱动板特色采用THB7128作为驱动芯片：低功耗，多种细分，高细分（最高128细分），电机运行稳定，无噪音，不失步。采用两片6N137高速光耦隔离输入，在保护您的控制器的同时，更高的传输速率让您的步进电机工作更稳定准确。半流控制功能，使电机停止的时候电流降为最低。最高达3A的大电流驱动。采用6N137高速光藕，保证高速不失步。采用6N137高速光藕，保证高速不失步。采用6N137高速光藕，保证高速不失步。第三章 硬件设计信号隔离电路步进电机控制信号有3个(CLK、CWW、ENABLE)，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个：首先，防止电机干扰和损坏接口板电路；其次，对控制信号进行整形。对CIK、CWW信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。细分及电流调节电路驱动板上拨码开关4、5、6分别对应M1、M2、M3。具体细分对应情况如下图所示： 工作电流设定。VREF为电流设定端，调整此端电压即可设定驱动电流值。I0=VREF(15)(1Rs)式中：Rs为0.167 电流大小由拨码开关S1、S2、S3（分别对应拨码开关上的1、2、3号）选择，电流三档可选。电流（A）1.02.03.0S1OFFOFFONS2OFFONOFFS3ONOFFOFF稳压电路LM317工作原理：LM317的输入最同电压为30多伏，输出电压1.5-32V.电流1.5A.不过在用的时候要注意功耗问题.注意散热问题。LM317有三个引脚.一个输入一个输出一个电压调节。输入引脚输入正电压,输出引脚接负载, 电压调节引脚一个引脚接电阻(200左右)在输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地.输入和输出引脚对地要接滤波1、单芯片两相正弦细分步进电机驱动2、直接采用单脉冲和方向信号译码控制模式3、双全桥MOSFET驱动，低导通电阻Ron=0.534、可实现正反转控制5、通过3位选择8档细分控制(1,1/2,1/4,1/8, 1/16, 1/32, 1/64,1/128 )6、最高耐压40VDC7、高输出电流（Iout=3.3 A）8、HZIP19封装9、有复位和使能管脚10、芯片内部有过热保护（TSD）和过流检测电路11、自动半流锁定功能PCB第4章 硬件测试 当输入端输入脉冲信号时A、B、C输出端的输出波形。 A端口输出波形B端口输出波形C端口输出波形由于控制D输出端的芯片引脚损坏，故而没有输出波形。由上面三个图可以看出B比A延迟1/4周期，C比B延迟1/4周期。按照原理，D应比C延迟1/4周期。这样就差不多可以驱动步进电机。实验室没有可用的步进电机，因而无法对驱动器的细分、电流调节功能进行调试。由于高速光耦损坏，因此输出波形有干扰。第5章 小结 通过这次课程设计，我们学会了电路板的制作流程。我们这个课题是步进电机驱动设计，就是做一个步进电机驱动器，首先要了解步进电机转动的原理，然后根据原理按照任务要求来设计驱动器，在这过程中要解决一些问题，比如说，细分设置，自动半流，减小噪音等，在这些方面我们都一起讨论过该怎么解决，刚开始的时候我们不知怎么下手，但大致的方案框架出来的时候，我们就更有目的性和方向性了，按照框架流程，一步一步的解决，最后把产品做出来。因为这是我们第一次做设计，没有什么经验，最后产品出来效果不是那么完美，但是我们没有放弃，还在根据原理继续调试，以达到最好的效果。这次课程设计从资料收集到方案设计，再到原理图及PCB板的绘制，我们基本掌握了Altiu