步进电机接口技术讲稿

1、步进电机接口技术根据环行分配器的不同构成步进电机驱动电气系统可以有两类：硬件环行分配器步进电机驱动电气系统和软件环行分配器步进电机驱动电气系统。如下面两图：硬件环行分配器步进电机驱动电路软件环行分配器步进电机驱动电路问题： 无论哪种系统，从环行分配器输出的都是数字电平信号，而步进电机需要的是大功率电压信号。 步进电机的大功率强电信号对微机有干扰。解决问题的方法： 采用光电耦合电路将步进电机的强电信号与微机的弱电信号进行隔离及电平转换。 采用功率放大器进行功率放大。1.光电隔离电路光电隔离电路设置在环行分配器和功率放大电路之间。光电隔离电路已经是一个集成电路器件，一般叫光电耦合器。有利用TTL电

2、路构成的光电耦合器，也有利用CMOS电路构成的光电耦合器,工作原理一样。 光电耦合器的组成光电耦合器由发光源和受光器两部分组成：发光源：砷化镓红外发光二极管受光器：光敏三极管达林顿管光敏集成电路发光源和受光器两部分结构相对独立，但被封闭在同一个不透明的管壳内，并由绝缘透明树脂隔开。光电耦合器的封装形式管式双列直插式光导纤维连接式光电耦合器的典型结构如图光电耦合器的结构和符号2光电耦合器的工作原理当有电流流过发光二极管时，发光二极管发光。光敏三极管接受光照后即可导通，从而产生电信号。使用光电耦合器时必须接外电路。主要考虑接驱动器和外接电阻。驱动器有同相驱动和反相驱动之分；输出电路也有同相输出和反

3、相输出之分。反相驱动同相输出同相驱动反相输出同相驱动同相输出 反相驱动反相输出 3光电耦合电路的特点光电耦合电路具有如下特点：光电耦合器的信号传递采取电光电的形式，发光部分和受光部分不接触，因此具有很高的绝缘电阻，可达1010欧姆以上，并能承受2000伏以上的高压，因而被耦合的两个部分可以自成系统，也不需要“共地”，绝缘性和隔离性都很好，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰。光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，动态电阻很小，对系统内外的噪音干扰信号形成低阻抗旁路，所以具有很强的抑制噪音干扰能力。光电耦合器作为开关应用时，具有耐用、可靠性高和速度快等优点，响应时间一般为数微秒以内，高速型

4、光电耦合器的响应时间甚至小于10钠秒。2功率放大电路单电压驱动电路单电压驱动简化电路单电压驱动改进型电路高低压驱动电路高低压驱动电路原理图高低压驱动电路波形图恒流斩波驱动电路恒流斩波驱动电路原理图恒流斩波驱动电路波形图3光电耦合器的外电路设计以GO101光电耦合器为例，计算外接电路的输入电阻、输出电阻阻值。光电隔离器电路驱动器选择发光二极管的驱动器通常选择74系列电路。输入电阻计算式中：驱动电流，选 10 mA：驱动电路的电源电压，查表5V：光敏二极管的正向电压,查表1.2V：驱动电路输出低电平时的电压，查表0.5V 所以：附表1： TTL集成电路参数输入低电平电流IiL(mA)输入低电平电压

5、UiL(V)输入高电平电流IiH(A)输入高电平电压UiH(V)电源电压Ucc(V)-0.40.82025输出低电平电流IOL(mA) 输出低电平电压UOL(V) 输出高电平电流IOH(A)输出高电平电压UOH(V) 100.5-0.42.7注:此电路为同相驱动，只有当7407输出低电平时发光二极管才有电流流过，所以，取输出低电平时电压值作为计算参数。附表2： GO100系列三极管型光电隔离器参数表名称输入部分输出部分项目正向电压反向漏电流最大正向电流反向漏电流饱和压降反向击穿电压最大功耗代号UFIRIFMICEOUCESUCEOPCM单位VAmAAVVmW测试 条件型号I F=10mAUR=

6、5VUCE=10VIC=1mAIF=20mAIC=1AGO1011.210500.10.43050GO10275GO10375续附表2： GO100系列三极管型光电隔离器参数表名称传输特性隔离特性项目电流传输比上升时间下降时间绝缘电容绝缘电阻隔离电压代号CTRtrtfCISORISOUISO单位%spFkV测试 条件型号I F=10mAUCE=10VI F=10mAUCE =10VRL = 50f =100HzU=6mVf=1MHU=500V交流50H峰值1分或直流GO10110-303110100.5GO10230-60GO10360输出回路电阻计算式中：步进电机驱动电压，选步进电机型号为5

7、5BF004，查表得出：27V：晶体管基极到发射极电压， =0.7V这两个公式里所减的2是后面功放电路中T1和T2的发射结导通电压降。：GO101光电耦合器输出饱和压降，查表 =0.4V当有电流IA流过光敏三极管时，必须考虑光敏三极管的饱和压降。注：这部分计算与功放电路有关，见后面。4. 功放电路的计算功放电路的功能是将环形分配器送来的弱电信号变为强电信号，设计中采用了晶体管单电压型的驱动电路。它具有控制方便，调试容易和线路简单等优点。见下图隔离驱动电路计算图确定电流IA、IC、IG、ID、IB、IE、IPIP：步进电机每一相绕组的相电流，查55BF004型号步进电机： =3A所以：Ip = 3 A与的关系：式中：hFE：共发射极直流电流放大系数。指在没有交流信号输入时，共发射极电路输出的集电极直流电流与基极输入的直流电流之比。3DD15绿点时 =80120，取 = 100所以：即：IB = 30 mA流入3DK4的电流与、的关系：3DK4绿点时 =50110，取 = 80而：所以：即：IE = 0.7 mAIG = 0.384 mA而：即：ID = 30.7 mA又：(见光电隔离电路)式中：IA：光敏三极管的