步进电机驱动设计方案

步进电机驱动设计方案江西理工大学

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：

程铁栋教师

2023年

12

月

30日

名目

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缺乏。

（二）设计良好的爱护电路，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。

其次章

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。可以通过掌握脉冲个数来掌握角位移量，从而到达精确定位的目的；同时可以通过掌握脉冲频率来掌握电机转动的速度和加速度，从而到达调速和定位的目的。

设计思路:

步进电机必需有驱动器和掌握器才能正常工作。驱动器的作用是对掌握脉冲进展环形安排、功率放大，使步进电机绕组按肯定挨次通电，掌握电机转动

系统框图设计

控

制

器

脉冲信号安排

功率驱动电路

步进电机驱动器

步进电机

方向、脉冲信号

掌握器：产生脉冲。掌握电机的速度和转向。

驱动器：a.脉冲信号安排：为步进电机各绕组供应正确的供电挨次。

b.功率驱动电路：供应电压、电流。各种爱护电路，假如过流、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、直接采纳单脉冲和方向信号译码掌握模式

3、双全桥MOSFET驱动，低导通电阻Ron=0.53Ω

4、可实现正反转掌握

5、通过3位选择8档细分掌握(1,1/2,1/4,1/8,1/16,1/32,1/64,1/128

)

6、最高耐压40VDC

7、高输出电流（Iout=3.3

A）

8、HZIP19封装

9、有复位和使能管脚

10、芯片内部有过热爱护（TSD）和过流检测电路

11、自动半流锁定功能

掌握信号隔离电路

驱动电路

THB7128步进驱动电路主电路

规律掌握电路

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：用户可依据需要采纳共阳极接法或共阴极接法。

1、共阳极接法：分别将CP+，U/D+，EN+连接到掌握系统的电源上，假如此电源是+5V则可直接接入，假如此电源大于+5V，则须外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光藕供应8—15mA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-连接到掌握系统的地端（SGND，与电源地隔离）；+5V的脉冲输入信号通过CP+参加；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一样。

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，做适合您的调整。手动调整完成后，再将EN设为无效状态，以连续自动掌握。

(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，依据细分选择表的数据设定（最好在断电状况下设定）。细分后步进电机步距角按以下方法计算：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。

详细细分对应状况如下列图所示：

(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）

1.0

2.0

3.0

S1

OFF

OFF

ON

S2

OFF

ON

OFF

S3

ON

OFF

OFF

注：采纳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：

⑴CP+：脉冲信号输入正端。

⑵CP-：脉冲信号输入负端。

⑶DIR+：电机正、反转掌握正端。

⑷DIR-：电机正、反转掌握负端。

⑸EN+：电机脱机掌握正端。

⑹EN-：电机脱机掌握负端。

电机绕组连接：

⑴A+：连接电机绕组A+相。

⑵A-：连接电机绕组A-相。

⑶B+：连接电机绕组B+相。

⑷B-：连接电机绕组B-相。

工作电压的连接：

⑴VCC：连接直流电源正（留意：10V＜VCC＜32V）。

⑵GND：连接直流电源负。

(六)、驱动板特色

采纳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。

采纳两片6N137高速光耦隔离输入，在爱护您的掌握器的同时，更高的传输速率让您的步进电机工作更稳定精确。

半流掌握功能，使电机停顿的时候电流降为最低。

最高达3A的大电流驱动。

采纳6N137高速光藕，保证高速不失步。采纳6N137高速光藕，保证高速不失步。采纳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

步进电机掌握信号有3个(CLK、CWW、ENABLE)，分别掌握电机的转角和速度、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，对掌握信号进展整形。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，且驱动板能满意更高脉冲频率驱动要求。

细分及电流调整电路

驱动板上拨码开关4、5、6分别对应M1、M2、M3。

详细细分对应状况如下列图所示：

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×(1／5)×(1／Rs)

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）

1.0

2.0

3.0

S1

OFF

OFF

ON

S2

OFF

ON

OFF

S3

ON

OFF

OFF

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.不过在用的时候要留意功耗问题.留意散热问题。LM317有三个引脚.一个输入一个输出一个电压调整。输入引脚输入正电压,输出引脚接负载,电压调整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、直接采纳单脉冲和方向信号译码掌握模式

3、双全桥MOSFET驱动，低导通电阻Ron=0.53Ω

4、可实现正反转掌握

5、通过3位选择8档细分掌握(1,1/2,1/4,1/8,1/16,1/32,1/64,1/128

)

6、最高耐压40VDC

7、高输出电流（Iout=3.3

A）

8、HZIP19封装

9、有复位和使能管脚

10、芯片内部有过热爱护（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

由于掌握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。根据原理，D应比C延迟1/4周期。这样就差不多可以驱动步进电机。试验室没有可用的步进电机，因而无法对驱动器的细分、电流调整功能进展调试。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，然后依据原理根据任务要求来设计驱动器，在这过程中要解决一些问题，比方说，细分设置，自动半流，减小噪音等，在这些方面我们都一起争论过该怎么解决，刚开头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