PIC單片機(jī)之步進(jìn)電機(jī)的工作原理及使用方法

步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖電流轉(zhuǎn)換為角速度的執(zhí)行器。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接受到一個(gè)差分信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)就按設(shè)置的方位旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定不動(dòng)的視角(橫距角)。根據(jù)控制單脈沖數(shù)量來(lái)控制角速度量，能夠 做到精確精準(zhǔn)定位;另外能夠 根據(jù)控制單脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速率和瞬時(shí)速度，做到變速的目地;能夠 根據(jù)更改各相的接電源次序，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方位。
　　步進(jìn)電機(jī)的特性
　　1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角速度與脈沖信號(hào)嚴(yán)苛正相關(guān)，因而，它沒(méi)有總計(jì)偏差，具備優(yōu)良的追隨性。
　　2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性回應(yīng)快，便于起停、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。
　　3、速率可在非常寬的范疇內(nèi)光滑調(diào)整，低速檔下仍能確保得到很大轉(zhuǎn)距，因而，一般能夠 無(wú)需降速設(shè)備而立即驅(qū)動(dòng)器負(fù)荷。
　　4、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只有根據(jù)脈沖電源供電系統(tǒng)才可以運(yùn)作，它不可以立即應(yīng)用交流電和直流開(kāi)關(guān)電源。
　　那大家該怎樣來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)呢?直流電機(jī)大家要是在電機(jī)兩方面再加上工作電壓，電機(jī)立刻旋轉(zhuǎn)，但步進(jìn)電機(jī)并不是那樣，它是數(shù)據(jù)控制方式，它將脈沖電流數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化成角速度，即給一個(gè)差分信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)視角，因而特別適合單片機(jī)設(shè)計(jì)的控制。
　　一般一個(gè)詳細(xì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件包含控制器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)三一部分?？蚣軋D如圖所示1 所顯示：
　　

　　圖1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件
　　如今，大家以反應(yīng)方程步進(jìn)電機(jī)為例子，詳細(xì)介紹其基本概念與運(yùn)用方式。反應(yīng)方程步進(jìn)電機(jī)可完成大轉(zhuǎn)距輸出，步進(jìn)角一般為 度。反應(yīng)方程步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子等效電路由鐵磁性材料做成，電機(jī)定子上面有多組分勵(lì)磁繞阻，運(yùn)用地磁極的轉(zhuǎn)變?cè)斐赊D(zhuǎn)距。常見(jiàn)中小型步進(jìn)電機(jī)的商品如圖2 所顯示，該步進(jìn)電機(jī)能夠 立即與大家的加強(qiáng)型PIC 試驗(yàn)板相接，進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)控制試驗(yàn)。
　　

　　圖2 步進(jìn)電機(jī)實(shí)體圖
　　步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式。
　　步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式一般分成1 相勵(lì)磁、2 相勵(lì)磁、1-2 相勵(lì)磁。
　　1 相勵(lì)磁時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按
方式循環(huán)系統(tǒng)接電源，每一次只對(duì)一互通電，電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)一周必須換相4 次，電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒距角。其接電源方式更為簡(jiǎn)易，轉(zhuǎn)距最少。勵(lì)磁方式見(jiàn)表1。
　　表1 1相勵(lì)磁方式
　　

　　2 相勵(lì)磁時(shí)，每一次對(duì)兩同樣時(shí)接電源，電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)一周必須換相4 次，電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒距角。在雙三拍工作中方式中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)的接電源次序?yàn)?：
;翻轉(zhuǎn)的接電源次序?yàn)?：
　　
。雙三拍工作中方式的優(yōu)勢(shì)是：
　　可造成很大的轉(zhuǎn)距，不容易造成失步。勵(lì)磁方式見(jiàn)表2。
　　表2 2相勵(lì)磁方式
　　

　　1-2 相勵(lì)磁是1 相勵(lì)磁和2 相勵(lì)磁更替應(yīng)用的方式。電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)一周必須換相8 次，電機(jī)轉(zhuǎn)子才掉轉(zhuǎn)一個(gè)橫距角，歸屬于越雷池的方式，換句話說(shuō)1-2 相勵(lì)磁時(shí)的橫距角比前二種方式的橫距角小一半，因此步進(jìn)精密度提升了一倍。1-2 相勵(lì)磁方式見(jiàn)表3。
　　表3 1-2相勵(lì)磁方式
　　

　　步進(jìn)電機(jī)運(yùn)用光耦電路
　　步進(jìn)電機(jī)的光耦電路有人下單旋光性直流驅(qū)動(dòng)器和H 橋驅(qū)動(dòng)器二種，本例的中小型步進(jìn)電機(jī)，選用非常簡(jiǎn)單的單旋光性直流光耦電路，目地取決于認(rèn)證步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用，在宣布工業(yè)生產(chǎn)控制一般相較繁雜。簡(jiǎn)易光耦電路如圖所示3所顯示。
　　

　　圖3 步進(jìn)電機(jī)的單旋光性直流光耦電路
　　在具體運(yùn)用中一般驅(qū)動(dòng)器套路不僅一路，用圖3的分立電路容積大，各界主要參數(shù)一致性無(wú)法確保。最好用現(xiàn)有的集成電路芯片做為多通道驅(qū)動(dòng)器。常見(jiàn)的中小型步進(jìn)電機(jī)光耦電路可以用ULN2003 或ULN2803。大家的試驗(yàn)板上放的是ULN2003。ULN2003 是髙壓大電流量達(dá)林頓晶體三極管列陣產(chǎn)品系列，具備電流量增益值高、工作標(biāo)準(zhǔn)電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)荷工作能力強(qiáng)等特性，融入于各種規(guī)定髙速功率大的驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)軟件。
　　ULN2002A 由7 組達(dá)林頓晶體三極管列陣和相對(duì)的電阻器互聯(lián)網(wǎng)及其鉗位二極管互聯(lián)網(wǎng)組成本例具體僅用在其中4組。ULN2003 內(nèi)部構(gòu)造如圖16 所顯示，達(dá)林頓晶體三極管等效電路圖如圖所示5 所顯示。
　　

　　圖16 ULN2003內(nèi)部框架圖
　　

　　圖5 達(dá)林頓晶體三極管等效電路圖
　　ULN2002A 型髙壓大電流量達(dá)林頓晶體三極管列陣電源電路的典型性運(yùn)用電源電路框架圖如圖所示6 所顯示。鉗位二極管用以維護(hù)電磁線圈導(dǎo)通時(shí)的自感電動(dòng)勢(shì)穿透集成電路芯片，能夠 看得出，運(yùn)用ULN2003 后電源電路比分立元件簡(jiǎn)約得多。
　　

　　根據(jù)上文的基本原理詳細(xì)介紹，大家早已對(duì)步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)及其原理?yè)碛写蟾诺卣莆?，但在我們?nèi)〉靡粋€(gè)步進(jìn)電機(jī)時(shí)要恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用它還是一時(shí)不知道怎樣著手，例如大家如今要控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、高速運(yùn)行、低速檔運(yùn)行時(shí)，必須怎么辦呢?要控制步進(jìn)電機(jī)開(kāi)展正反轉(zhuǎn)，已并不是像直流電機(jī)那么簡(jiǎn)易，在電機(jī)兩邊再加上正反面相開(kāi)關(guān)電源就可以了，只是根據(jù)輸出不一樣規(guī)律性的正反轉(zhuǎn)時(shí)鐘頻率單脈沖來(lái)完成控制。如今，大家來(lái)一起看一下怎樣開(kāi)展步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及其旋轉(zhuǎn)速率的控制，根據(jù)一個(gè)案例，堅(jiān)信會(huì)給大伙兒產(chǎn)生一個(gè)理性的了解。
　　最先，大家看來(lái)一下加強(qiáng)型PIC 試驗(yàn)板上的步進(jìn)電機(jī)控制電源電路，由于大家必須將手機(jī)軟件和硬件配置緊密結(jié)合開(kāi)展考慮到怎樣來(lái)程序編寫(xiě)。步進(jìn)電機(jī)控制一部分的電路設(shè)計(jì)圖如圖所示7 所顯示。PIC 單片機(jī)汕尾步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的RD0~RD3 為電機(jī)單脈沖輸出腳位，根據(jù)ULN2003 集成化集成ic來(lái)驅(qū)動(dòng)器中小型步進(jìn)電機(jī)，大家要是將步進(jìn)電機(jī)的電源插頭，立即插在木板J3 電源插座處就可以。漏線J4 為大家為試驗(yàn)板設(shè)計(jì)方案的步進(jìn)電機(jī)智能化供電系統(tǒng)漏線，那樣試驗(yàn)板能夠 適用不一樣工作標(biāo)準(zhǔn)電壓的步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)漏線跳至VCC 這端，則給步進(jìn)電機(jī)出示VCC 9V 的開(kāi)關(guān)電源，大家如今做測(cè)驗(yàn)應(yīng)用的步進(jìn)電機(jī)工作標(biāo)準(zhǔn)電壓是9V 的，因此大家漏線設(shè)定到VCC 這一端就可以，假如客戶應(yīng)用自身的步進(jìn)電機(jī)工作電壓并不是9V 的，那能夠 將漏線跳到VIN 這一端，即客戶外界連接開(kāi)關(guān)電源出示給步進(jìn)電機(jī)工作標(biāo)準(zhǔn)電壓。
　　

　　針對(duì)單片機(jī)軟件的程序編寫(xiě)，大家應(yīng)用MPLab IDE手機(jī)軟件來(lái)開(kāi)展C 編程語(yǔ)言，它是大家的程序編寫(xiě)自然環(huán)境，另外我們可以根據(jù)應(yīng)用ICD2 模擬仿真燒寫(xiě)器和加強(qiáng)型PIC試驗(yàn)板聯(lián)接開(kāi)展程序流程的模擬仿真調(diào)節(jié)和燒錄流程，實(shí)際的操作流程，大家早已在前幾集干了詳盡的表明和詳細(xì)介紹，在這里就已不反復(fù)表明，閱讀者盆友能夠 參考之前的文章內(nèi)容或立即登錄大家的網(wǎng)址查詢(xún)材料。如今我們可以鍵入編程代碼開(kāi)展調(diào)節(jié)了，我們?cè)贛PLabIDE 手機(jī)軟件中在建工程項(xiàng)目，添加源代碼編碼，另外開(kāi)展主控芯片的挑選和配備位的設(shè)定，大家試驗(yàn)常用的主控芯片為PIC16F877A。撰寫(xiě)的編程代碼以下：
　　/* 步進(jìn)電機(jī)演試程序流程 */
　　#include
　　#define key RB0
　　void delay(void)
　　{
　　int k;
　　for(k=0;k