步进电机工作原理及实现培训资料

1、441 步进电进电机(dinj)工作原理图图440 440 步进电机步进电机(dinj)(dinj)原理图原理图 P129P129微机(wi j)控制技术第一页，共29页。441 步进电进电机工作(gngzu)原理1. 1.步进电机步进电机（1 1）是一个数字角度转换器，）是一个数字角度转换器， 也是一个串行的数模转换器。也是一个串行的数模转换器。（2 2）是过程控制及仪表中的主要控制元件。）是过程控制及仪表中的主要控制元件。（3 3）广泛）广泛(gungfn)(gungfn)用于定位系统用于定位系统2. 2. 概念：概念：（1 1）步进电机旋转的根本原因：错齿。）步进电机旋转的根本原因：错齿

2、。（2 2）术语：齿距角）术语：齿距角 步距角步距角（3 3）通电一周，转子转过一个齿距角，）通电一周，转子转过一个齿距角， N N 为几，一个齿距角分几步走完。为几，一个齿距角分几步走完。微机(wi j)控制技术第二页，共29页。442 步进电机控制系统(kn zh x tn)原理微机(wi j)控制技术图图441441步进电机步进电机(dinj)(dinj)控制系统的组成控制系统的组成 p129p129第三页，共29页。442 步进电机控制系统(kn zh x tn)原理（1 1）步进控制器）步进控制器 包括：缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及包括：缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及 正、

3、反转向控制门等。正、反转向控制门等。 作用作用: : 把输入脉冲转换成环型脉冲，以控制步进电机的转向。把输入脉冲转换成环型脉冲，以控制步进电机的转向。 采用计算机控制系统，由软件代替步进控制器。采用计算机控制系统，由软件代替步进控制器。 优点：线路简化，降低成本降低，可靠性提高。优点：线路简化，降低成本降低，可靠性提高。 灵活改变步进电机的控制方案，使用起来灵活改变步进电机的控制方案，使用起来(q li)(q li)很方便。很方便。（2 2）功率放大器）功率放大器 把环型脉冲放大，以驱动步进电机转动。把环型脉冲放大，以驱动步进电机转动。微机(wi j)控制技术第四页，共29页。442 步进电机

4、(dinj)控制系统原理图图442 442 用微型机控制步进电机原理用微型机控制步进电机原理(yunl(yunl) )系统图系统图 p130p130微机(wi j)控制技术第五页，共29页。442 步进电机(dinj)控制系统原理 图442 与 图441相比：用微型机代替了步进控制(kngzh)器把并行二进制码转换成 串行脉冲序列，并实现方向控制(kngzh)。只要负载是在步进电机允许的范围之内， 每个脉冲将使电机转动一个固定的步距角度。根据步距角的大小及实际走的步数，只要知道初始 位置，便可知道步进电机的最终位置。微机(wi j)控制技术第六页，共29页。442 步进电机控制系统(kn zh

5、 x tn)原理本课主要解决如下几个问题：本课主要解决如下几个问题： (1) (1) 用软件的方法实现用软件的方法实现(shxin)(shxin)脉冲序脉冲序列；列； (2) (2) 步进电机的方向控制；步进电机的方向控制； (3) (3) 步进电机控制程序的设计。步进电机控制程序的设计。微机(wi j)控制技术第七页，共29页。442 步进电机(dinj)控制系统原理 1 1脉冲序列的生成脉冲序列的生成(shn (shn chn)chn)图图443 443 脉冲序列脉冲序列微机(wi j)控制技术P130P130第八页，共29页。442 步进电机(dinj)控制系统原理 脉冲幅值脉冲幅值 由

6、数字元件电平决定由数字元件电平决定(judng)(judng)。 TTL 0 TTL 0 5V 5V CMOS 0 CMOS 0 10V10V 接通和断开时间可用延时的办法控制。接通和断开时间可用延时的办法控制。 要求：确保步进到位。要求：确保步进到位。微机(wi j)控制技术第九页，共29页。 2 2方向控制方向控制 步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。 三相步进电机有三种三相步进电机有三种(sn zhn)(sn zhn)工作方式：工作方式： 单三拍，通电顺序为单三拍，通电顺序为 A AB BC C ； 双三拍，双三拍， 通电顺序为通电顺序为

7、ABABBCBCCA CA ； 三相六拍，通电顺序为三相六拍，通电顺序为 A AABABB BBCBCC CCA CA ；442 步进电机控制系统(kn zh x tn)原理微机(wi j)控制技术 改变通电顺序可以改变步进电机的转向改变通电顺序可以改变步进电机的转向 第十页，共29页。442 步进电机控制系统(kn zh x tn)原理3.3.步进电机通电模型的建立：步进电机通电模型的建立：（1 1）用微型机输出接口的每一位控制）用微型机输出接口的每一位控制(kngzh)(kngzh)一相绕组，一相绕组，【例如】用【例如】用 8255 8255 控制控制(kngzh)(kngzh)三相步进电

8、机时，三相步进电机时， 可用可用 PC.OPC.O、PC.1PC.1、PC.2 PC.2 分别接至步进电机的分别接至步进电机的 A A、 B B、 C C 三相绕组。三相绕组。（2 2）根据所选定的步进电机及控制）根据所选定的步进电机及控制(kngzh)(kngzh)方式，写出相应控方式，写出相应控制制(kngzh)(kngzh)方方 式的数学模型。式的数学模型。 上面讲的三种控制上面讲的三种控制(kngzh)(kngzh)方式的数学模型分别为：方式的数学模型分别为：微机(wi j)控制技术第十一页，共29页。442 步进电机控制系统(kn zh x tn)原理 三相(sn xin)单三拍步步

9、 序序 控控 制制 位位 工工 作作 状状 态态 控控 制制 模模 型型 PC.PC.7 7PC.PC.6 6PC.PC.5 5PC.PC.4 4PC.PC.3 3PC.PC.2 2C C相相 PC.PC.1 1B B相相 PC.PC.0 0A A相相 1 10 00 00 00 00 00 00 01 1A A01H01H2 20 00 00 00 00 00 01 10 0B B0202H H3 30 00 00 00 00 01 10 00 0C C0404H H微机(wi j)控制技术第十二页，共29页。 三相三相(sn xin(sn xin) )双三拍双三拍用用 P1P1口口 的的

10、P1.2 P1.2 、P1.1P1.1、P1.0 P1.0 对应对应 C C、B B、A A 相相 进进行行(jnxng)(jnxng)控控制制 。第十三页，共29页。442 步进电机控制系统(kn zh x tn)原理 同理，可以得出双三拍和三相六拍的控制模型同理，可以得出双三拍和三相六拍的控制模型(mxng)(mxng)： 双三拍双三拍 03H03H，06H06H，05H05H 三相六拍三相六拍 01H01H，03H03H，02H02H，06H06H，04H04H，05H05H 以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型(mxng)(mxng)， 如按

11、逆序进行控制，步进电机将向相反方向转动。如按逆序进行控制，步进电机将向相反方向转动。微机(wi j)控制技术第十四页，共29页。443 步进电进电机与与微型机的接口(ji ku)及程序设计设计 4.步进电机与微型机的接口电路（1）由于步进电机的驱动(q dn)电流较大，所以微型机与 步进电机的连接都需要专门的接口及驱动(q dn)电路。接口电路可以是锁存器，也可以是可编程接口芯片，如 8255、8155等。驱动(q dn)器可用大功率复合管，也可以是专门的驱动(q dn)器。 光电隔离器，一是抗干扰，二是电隔离，微机(wi j)控制技术第十五页，共29页。443 步进电进电机(dinj)与与微

12、型机的接口及程序设计设计图图444 444 步进电机与微型机接口步进电机与微型机接口(ji k(ji ku)u)电路之一电路之一 p133p133微机(wi j)控制技术1 10 00 01 10 00 01 10 00 0第十六页，共29页。443 步进电进电机与与微型机的接口(ji ku)及程序设计设计 总之(zngzh)， 只要按一定的顺序 改变 P1.0P1.2 三位通电的状况， 即可控制步进电机依选定的方向步进。微机(wi j)控制技术第十七页，共29页。443 步进电进电机与与微型机的接口(ji ku)及程序设计设计 由于步进电机运行由于步进电机运行(ynxng)(ynxng)时功

13、率较大，时功率较大， 可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离器，可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离器， 以防强功率的干扰信号反串进主控系统。以防强功率的干扰信号反串进主控系统。 如如 图图4-254-25微机(wi j)控制技术第十八页，共29页。443 步进电进电机(dinj)与与微型机的接口及程序设计设计图图445 445 步进电机步进电机(dinj)(dinj)与微型机接口电路之二与微型机接口电路之二 p133p133微机(wi j)控制技术0 00 01 10 01 11 11 10 00 0第十九页，共29页。443 步进电进电机(dinj)与与微型机的接口及程序设计设计2.2.

14、步进电机程序步进电机程序(chngx)(chngx)设计设计(1)(1)步进电机程序步进电机程序(chngx)(chngx)设计的主要任务是：设计的主要任务是： 判断旋转方向；判断旋转方向； 按顺序传送控制脉冲；按顺序传送控制脉冲； 判断所要求的控制步数是否传送完毕。判断所要求的控制步数是否传送完毕。（2 2）程序）程序(chngx)(chngx)框图框图下面以三相双三拍为例说明这类程序下面以三相双三拍为例说明这类程序(chngx)(chngx)的设计的设计. .微机(wi j)控制技术第二十页，共29页。图图4.46 4.46 三相三相(sn xin(sn xin) )双三拍步进电机控制程序

15、流程图双三拍步进电机控制程序流程图 p134p134微机(wi j)控制技术第二十一页，共29页。443 步进电进电机与与微型机的接口(ji ku)及程序设计设计 ORG ORG0100H0100HROUNT1ROUNT1：MOVMOVA A，#N#N；步进电机；步进电机(di(di nj)nj)步数步数AA JNB JNB00H00H，LOOP2LOOP2；反向，转；反向，转 LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1： MOVMOVP1P1，#03H#03H；正向，输出第一拍；正向，输出第一拍 ACALLACALLDELAYDELAY；延时；延时 DECDECA A；A A0 0，转，转DO

16、NEDONE JZ JZDONEDONE MOV MOVP1P1，06H06H；输出第二拍；输出第二拍 ACALLACALLDELAYDELAY；延时；延时 DECDECA A；A A0 0，转，转DONEDONE JZ JZDONEDONE MOV MOVP1P1，05H05H；输出第三拍；输出第三拍 ACALLACALLDELAYDELAY；延时；延时 DECDECA A；A0A0，转，转LOOP1LOOP1 JNZJNZLOOP1LOOP1（3 3）程序）程序 根据根据(gnj)(gnj)图图4-464-46可写出如下步进电机控制程序可写出如下步进电机控制程序微机控制技术第二十二页，共2

17、9页。443 步进电进电机(dinj)与与微型机的接口及程序设计设计微机(wi j)控制技术 AJMP DONE AJMP DONE ；A A0 0，转，转DONEDONELOOP2LOOP2： MOVMOV P1 P1，03H03H；反向，输出；反向，输出(shch)(shch)第一拍第一拍 ACALL DELAY ACALL DELAY ；延时；延时DEC ADEC A；A A0 0，转，转DONDON JZ JZ DONE DONE MOV P1 MOV P1，05H05H；输出；输出(shch)(shch)第二拍第二拍 ACALL DELAYACALL DELAY；延时；延时 DECD

18、EC A A JZ JZ DONE DONE； MOVMOV P1 P1，06H06H；输出；输出(shch)(shch)第三拍第三拍 ACALL DELAYACALL DELAY；延时；延时 DECDEC A A ；A0A0，转，转LOOP2LOOP2 JNZ JNZ LOOP2 LOOP2DONEDONE： RETRETDELAYDELAY： 第二十三页，共29页。443 步进电进电机(dinj)与与微型机的接口及程序设计设计 对于节拍比较多的控制程序， 通常(tngchng)采用循环程序进行设计。微机(wi j)控制技术第二十四页，共29页。443 步进电进电机(dinj)与与微型机的接

19、口及程序设计设计（4 4）循环程序）循环程序 作法：作法：把环型节拍的控制模型按顺序存放在内存把环型节拍的控制模型按顺序存放在内存(ni cn)(ni cn)单单元中，元中，逐一从单元中取出控制模型并输出。逐一从单元中取出控制模型并输出。节拍越多，优越性越显著。节拍越多，优越性越显著。 以三相六拍为例进行设计，以三相六拍为例进行设计， 其流程图如图其流程图如图447447所示。所示。 微机(wi j)控制技术第二十五页，共29页。图图447 447 三相三相(sn xin(sn xin) )六拍步进电机控制程序框图六拍步进电机控制程序框图 P137P137微机(wi j)控制技术ROUTN2R

20、OUTN2LOOP0LOOP0LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1第二十六页，共29页。443 步进电进电机与与微型机的接口(ji ku)及程序设计设计ORGORG8100H8100HROUTN2ROUTN2：MOVMOVR2R2，COUNTCOUNT；步进电机的步数；步进电机的步数LOOP0LOOP0： MOVMOVR3R3，#00H#00HMOV DPTRMOV DPTR，#POINT#POINT；送控制模型指针；送控制模型指针(zhzhn)(zhzhn)JNBJNB00H00H，LOOP2LOOP2；反转，转；反转，转LOOP2LOOP2LOOP1LOOP1： MOVMOVA A，R3R3；取控制模型；取控制模型MOVCMOVCA A，A+DPTRA+DPTRJZJZLOOP0LOOP0；控制模型为；控制模型为00H00H，转，转LOOP0LOOP0MOVMOVP1P1，A A；输出控制模型；输出控制模型ACALLACALLDELAYDELAY；延时；延时INCINCR3R3；控制步数加；控制步数加1 1DJNZDJNZR2R2，LOOP1LOOP1；步数未走完，继续；步数未