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两相大功率步进电机驱动控制电路设计

两相大功率步进电机驱动控制电路设计
两相大功率步进电机驱动控制电路设计

4、基于FPGA的步进电机细分驱动控制设计

南京工程学院 自动化学院 大作业(论文) 题目:基于FPGA的步进电机细分驱动 控制设计 专业:测控技术与仪器 班级:学号: 学生姓名: 任课教师:郭婧 成绩:

基于FPGA的步进电机细分驱动控制设计 一、基本要求: 在理解步进电机的工作原理以及细分原理的基础上,利用FPGA实现四相步进电机的8细分驱动控制。 二、评分标准: 1、设计方案介绍(共15分) 要求:详细叙述利用FPGA实现对四相步进电机进行8细分控制的设计方案。 评分标准: 13-15分:方案叙述详细,正确; 10-12分:方案叙述较详细,基本正确; 9分以下:酌情给分 0分:抄袭别人 2、VHDL设计部分(60分) 要求:给出详细的VHDL设计过程,提供详细的程序代码,如果设计中用到LPM模块,则给出生成LPM模块的每一步操作流程的截图,并加以文字描述。 评分标准: 54-60分:代码详细,截图完整,书写规范, 48-53分:代码较详细,截图较完整,书写较规范; 47以下:酌情给分 0分:抄袭别人 3、模拟调试部分(20分) 要求:给出详细的仿真过程,对软件编译、仿真分析、仿真波形进行截图。并给出8细分情况下的仿真测试结果,给出详细的实验结果分析。 评分标准: 18-20分:调试过程详细,正确,截图完整; 15-17分:调试过程较详细,基本正确,有截图; 14分以下:酌情给分 0分:抄袭别人

4、提高部分(5分) 要求:利用FPGA实验箱上的步进电机,实现细分控制。 评分标准:根据完成的程度给分。 0分:抄袭别人

参考:实验十八 FPGA步进电机细分驱动控制设计 示例程序和实验指导课件位置:\EDA_BOOK3_FOR_C35\chpt3\EXP18_MOTO\工程:step_a 一、实验目的 学习用FPGA实现步进电机的驱动和细分控制。 二、实验设备 PC机一台 GW48-PK4试验系统一台 连接线若干 三、实验内容 1、建立工程。完成以图18-1为原理图的工程设计,并保存工程名为step_a。 2、编译仿真。对以上工程进行编译,成功后进行方针测试。 3、引脚锁定。引脚锁定参考图18-2. 图18-1 步进电机PWM细分控制控制电路图 图18-2 引脚锁定图 4、下载测试 参考\EDA_BOOK3_FOR_C35\Chpt3\ALl.PPT\实验17.PPT 选择模式5,短路冒接clock0.根据第一章注释分别“38“和”42“或”“7”连接(见GW48主

步进电机驱动电路设计

步进电机驱动电路设计 摘要 随着数字化技术发展,数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单,价格低廉,性能上能满足工业控制的基本要求,所以广泛地应用于手工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器件以及各种可控机械工具等等。直流电机广泛应用于计算机外围设备( 如硬盘、软盘和光盘存储器) 、家电产品、医疗器械和电动车上, 无刷直流电机的转子都普遍使用永磁材料组成的磁钢, 并且在航空、航天、汽车、精密电子等行业也被广泛应用。在电工设备中的应用,除了直流电磁铁(直流继电器、直流接触器等)外,最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里,同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等,都是直流发电机;锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外,在许多工业部门,例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等,通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源,向负载输出电能;直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作,向负载输出机械能。在控制系统中,直流电机还有其它的用途,例如测速电机、伺服电机等。他们都是利用电和磁的相互作用来实现向机械能能的转换。 介绍了步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块,通过AT89S52单片机及脉冲分配器(又称逻辑转换器) L298完成步进电机和直流电机各种运行方式的控制。实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过按键控制,操作方便,节省成本。 关键词:步进电机,单片机控制,AT89S52,L297,L298目录

_单片机控制步进电机驱动原理___驱动图

单片机控制步进电机驱动器工作原理 步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移,并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。 有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用,一般需自己设计驱动器。本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。 本文先介绍该步进电机的工作原理,然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。 1. 该步进电机为一四相步进电机,采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电,就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 图1 四相步进电机步进示意图 开始时,开关SB接通电源,SA、SC、SD断开,B相磁极和转子0、3号齿对齐,同时,转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿,2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。 当开关SC接通电源,SB、SA、SD断开时,由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用,使转子转动,1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿,2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推,A、B、C、D四相绕组轮流供电,则转子会沿着A、B、C、D方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同,可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等,但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半,因此,八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示: a. 单四拍 b. 双四拍 c八拍 图2.步进电机工作时序波形图 2.AT89C2051 步进电机驱动器系统电路原理如图3:

步进电机驱动方式(细分)概述

步进电机驱动方式(细分)概述 众所周知,步进电机的驱动方式有整步,半步,细分驱动。三者即有区别又有联系,目前,市面上很多驱动器支持细分驱动方式。本文主要描述这三种驱动的概述。 如下图是两相步进电机的内部定子示意图,为了使电机的转子能够连续、平稳地转动,定子必须产生一个连续、平均的磁场。因为从宏观上看,电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。如果定子合成的磁场变化太快,转子跟随不上,这时步进电机就出现失步现象。 既然电机转子是跟随电机定子磁场转动,而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。即只要控制电机的定子电流,则可以达到驱动电机的目的。下图是两相步进电机的电流合成示意图。其中Ia是由A-A`相产生,Ib是由B-B`相产生,它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流,它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。 有了以上的步进电机背景描述后,对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式,都会是同一种方法,只是电流把一个圆(360°)分割的粗细程序不同。 整步驱动 对于整步驱动方式,电机是走一个整步,如对于一个步进角是3.6°的步进电机,整步驱动是每走一步是走3.6°。

下图是整步驱动方式中,电机定子的电流次序示意图: 由上图可知,整步驱动每一时刻只有一个相通电,所以这种驱动方式的驱动电路可以是很简单,程序代码也是相对容易实现,且由上图可以得到电机整步驱动相序如下: BB’→A’A→B’B→A A’→B B’ 下图是这种驱动方式的电流矢量分割图: 可见,整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份。 下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图: 可以看出,整步驱动描出的正弦波是粗糙的。使用这种方式驱动步进电机,低速时电机会抖动,噪声会比较大。但是,这种驱动方式无论在硬件或软件上都是相对简单,从而驱

实用的步进电机驱动电路图

实用的步进电机驱动电路(图) 概述 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构,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,从而达到调速的目的。 目前,对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计选用第三种方案,用PMM8713三相或四相步进电机的脉冲分配器、SI-7300A 两相或四相功率驱动器,组成四相步进电机功率驱动电路,以提高集成度和可靠性,步进电机控制框图见图1。 图1 步进电机控制系统框图 硬件简介 ● PMM8713原理框图及功能 PMM8713是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器,适用于控制三相或四相步进电机。控制三相或四相步进电机时都可以选择3种励磁方式,每相最小吸入与拉出电流为20mA,它不仅满足后级功率放大器的输入要求,而且在其所有输入端上均内嵌施密特触发电路,抗干扰能力强,其原理框图如图2所示。

图2 PMM8713的原理框图 在PMM8713的内部电路中,时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入发。PMM8713有两种脉冲输入法:双脉冲输入法和单脉冲输入法。采用双脉冲输入法时,CP、CU两端分别输入步进电机正反转的控制脉冲。当采用单脉冲输入时,步进电机的正反转方向由U/D的高、低电位决定。 激励方式控制电路用来选择采用何种励磁方式。激励方式判断电路用于输出检测;而可逆环形计数器则用于产生步进电机在选定的励磁方式下的各相通断时序信号。 ● SI-7300A的结构及功率驱动原理 SI-7300A是日本三青公司生产的高性能步进电机集成功率放大器,该器件为单极性四相驱动,采用SIP18封装。 步进电机功率驱动级电路可分为电压和电流两种驱动方式。电流驱动方式最常用的是PWM恒流斩波驱动电路,也是最常用的高性能驱动方式,其中一相的等效电路图如图3所示。

步进电机驱动电路设计

https://www.doczj.com/doc/522065250.html,/gykz/2010/0310/article_2772.html 引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后,驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先,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;其次,通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到涮速的目的。目前,步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点,在机电一体化产品中应用广泛,常用作定位控制和定速控制。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。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片tb6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案 1步进电机驱动电路设计 1.1 tb6560简介 tb6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有:内部集成双全桥mosfet驱动;最高耐压40 v,单相输出最大电流3.5 a(峰值);具有整步、1/2、1/8、1/16细分方式;内置温度保护芯片,温度大于150℃时自动断开所有输出;具有过流保护;采用hzip25封装。tb6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路:控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。 1.2步进电机控制信号隔离电路 步进电机控制信号隔离电路如图1所示,步进电机控制信号有3个(clk、cw、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clk、cw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。本设计中选择2片6n137高速光耦隔离clk、cw,其信号传输速率可达到10 mhz,1片tlp521普通光耦隔离enable信号。应用时注意:光耦的同向和反向输出接法;光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源,否则不能起到隔离干扰的作用。

步进电机细分控制(英文)

1/17 AN1495 APPLICATION NOTE 1INTRODUCTION Microstepping a stepper motor may be used to achieve one or both of two objectives; 1) increase the position resolution or 2) achieve smoother operation of the motor. In either case the basic the-ory of operation is the same. The simplified model of a stepper motor is a permanent magnet rotor and two coils on the stator separated by 90 degrees, as shown in Figure 1. In classical full step operation an equal current is delivered to each of the coils and the rotor will align itself with the resulting magnetic vector along one of the 45 degree axis. To step the motor, the current in one of the two coils is reversed and the rotor will rotate 90 degrees. The complete full step sequence is shown in figure 2. Half step drive,where the current in the coil is turned off for one step period before being turned on in the opposite direction, has been used to double the step resolution of a motor. In either full and half step drive,the motor can be positioned only at one of the 4 (8 for half step) defined positions.[4][5] Therefore,the number of steps per electrical revolution and the number of poles on the motor determine the resolution of the motor. Typical motors are designed for 1.8 degree steps (200 steps per revolution)or 7.5 degree steps (48 steps per revolution). The resolution may be doubled to 0.9 or 3.75 degrees by driving the motor in half step. Further increasing the resolution requires positioning the rotor at positions between the full step and half step positions. Figure 1. Model of stepper motor MICROSTEPPING STEPPER MOTOR DRIVE USING PEAK DETECTING CURRENT CONTROL Stepper motors are very well suited for positioning applications since they can achieve very good positional accuracy without complicated feedback loops associated with servo sys-tems. However their resolution, when driven in the conventional full or half step modes of operation, is limited by the configuration of the motor. Many designers today are seeking alternatives to increase the resolution of the stepper motor drives. This application note will discuss implementation of microstepping drives using peak detecting current control where the sense resistor is connected between the bottom of the bridge and ground. Examples show the implementation of microstepping drives with several currently available chips and chip sets. REV . 2AN1495/0604

步进电机细分驱动方式的研究

步进电机作为电磁机械装置,其进给的分辨率取决于细分驱动技术。采用软件细分驱动方式,由于编程的灵活性、通用性,使得步进细分驱动的成本低、效率高,要修改方案也易办到。同时,还可解决步进电机在低速时易出现的低频振动和运行中的噪声等。但单一的软件细分驱动在精度与速度兼顾上会有矛盾,细分的步数越多,精度越高,但步进电机的转动速度却降低;要提高转动速度,细分的步数就得减少。为此,设计了多级细分驱动系统,通过不同的细分档位设定,实现不同步数的细分,同时保证了不同的转动速度。 1 细分驱动原理 步进电机控制中已蕴含了细分的机理。如三相步进电机按A→B→C……的顺序轮流通电,步进电机为整步工作。而按A→AC→C→CB→B→BA→A……的顺序通电,则步进电机为半步工作。以A→B为例,若将各相电流看作是向量,则从整步到半步的变换,就是在IA与IB之间插入过渡向量IAB,因为电流向量的合成方向决定了步进电机合成磁势的方向,而合成磁势的转动角度本身就是步进电机的步进角度。显然,IAB的插入改变了合成磁势的转动大小,使得步进电机的步进角度由θb 变为0.5θb,从而也就实现了2步细分。由此可见,步进电机的细分原理就是通过等角度有规律的插入电流合成向量,从而减小合成磁势转动角度,达到步进电机细分控制的目的。 在三相步进电机的A相与B相之间插入合成向量AB,则实现了2步细分。要再实现4步细分,只需在A与AB之间插入3个向量I1、I2、I3,使得合成磁势的转动角度θ1=θ2=θ3=θ4,就实现了4步细分。但4步细分与2步细分是不同的,由于I1、I2、I33个向量的插入是对电流向量IB的分解,故控制脉冲已变成了阶梯波。细分程度越高,阶梯波越复杂。 在三相步进电机整步工作时,实现2步细分合成磁势转动过程为 IA→IAB→IB;实现4步细分转动过程为IA→I2→IAB……;而实现8步细分则转

步进电机控制电路

北京工业大学电子课程设计报告 (数电部分) 题目:步进电机

目录 一、设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3 二、设计任务和设计要求 1.设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.设计技术指标及设计要求----------------------------------------------------------------------------3 三、电路设计------------------------------------------------------------------------------------------------4 1.脉冲发生电路-------------------------------------------------------------------------------------------4 2.环形脉冲分配电路-------------------------------------------------------------------------------------5 3.控制电路-------------------------------------------------------------------------------------------------6 4.驱动电路-----------------------------------------------------------------------------------------------10 5.步进电机-----------------------------------------------------------------------------------------------11 四、电路的组装和调试------------------------------------------------------------------------------------12 1.电路的组装----------------------------------------------------------------------------------------------12 2.电路的调试----------------------------------------------------------------------------------------------13 五、收获和体会---------------------------------------------------------------------------------------------14 六、附录------------------------------------------------------------------------------------------------------15 1.列表-------------------------------------------------------------------------------------------------------15 2.参考资料-------------------------------------------------------------------------------------------------15 3.部分芯片管脚图----------------------------------------------------------------------------------------16

步进电机驱动器及细分控制原理

步进电机驱动器及细分控制原理 步进电机驱动器原理: 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。 以两相步进电机为例,当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时,驱动器经过环形分配器和功率放大后,给电机绕组通电的顺序为AA BB A A B B ,其四个状态周而复始 进行变化,电机顺时针转动;若方向信号变为负时,通电时序就变为 AA B B A A BB ,电机就逆时针转动。 随着电子技术的发展,功率放大电路由单电压电路、高低压电路发展到现在的斩波电路。其基本原理是:在电机绕组回路中,串联一个电流检测回路,当绕组电流降低到某一下限值时,电流检测回路发出信号,控制高压开关管导通,让高压再次作用在绕组上,使绕组电流重新上升;当电流回升到上限值时,高压电源又自动断开。重复上述过程,使绕组电流的平均值恒定,电流波形的波顶维持在预定数值上,解决了高低压电路在低频段工作时电流下凹的问题,使电机在低频段力矩增大。 步进电机一定时,供给驱动器的电压值对电机性能影响较大,电压越高,步进电机转速越高、加速度越大;在驱动器上一般设有相电流调节开关,相电流设的越大,步进电机转速越高、力距越大。 细分控制原理: 在步进电机步距角不能满足使用要求时,可采用细分驱动器来驱动步进电机。细分驱动器的原理是通过改变A,B相电流的大小,以改变合成磁场的夹角,从而可将一个步距角细分为多步。

定子 A 转子 S N B B B S N A A (a)(b) A S N B B N S B S N A (c)(d) 图3.2步进电机细分原理 图 仍以二相步进电机为例,当A、B相绕组同时通电时,转子将停在A、B相磁极中间,如图3.2。 若通电方向顺序按AA AA BB BB BB AA AA AA BB BB BB AA,8个状态周而 复 始进行变化,电机顺时针转动;电机每转动一步,为45度,8个脉冲电机转一周。与图2.1相比,它的步距角小了一半。 驱动器一般都具有细分功能,常见的细分倍数有:1/2,1/4,1/8,1/16,1/32,1/64;或:1/5,1/10,1/20。 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 例如:一台1.8°电机设定为4细分,其步距角为 1.8°/4=0.45°。当细分 等级大于1/4后,电机的定位精度并不能提高,只是电机转动更平稳。

DS步进电机驱动电路

步进电机驱动电路讲解 打印机的字车电机、走纸电机、头间隙控制电机大多采用步进电机。步进电机具有控制精度高,控制方便的特点。只要通过控制步进电机转动的步数,就可以控制步进电机的转动角度实现对纸张移动、字车移动定位、打印头间隙的精确控制。 步进电机的驱动主要有以下三点: 1)由cpu产生4相控制信号,这4个相位控制信号的相位顺序不同,将控制电机正向或反向转动。输出相位信号 脉冲的个数来控制步进电机转动的角度。 2)通过控制电机驱动电流的大小来控制转动力矩。 3)在打印间隙步进电机不转的时候需要一个比较小的电流来使电机产生一个静力矩。来保证字车,纸张的位置精 度不被破坏。 以上三条是要控制步进电机的必须具备的条件。其中第一项式打印机cpu通过程序运算来实现的,并且4个相位的控制信号也是从cup输出的。在电路图中只能看到有4条信号线从cup或者门阵输出到驱动电路,在这里我们就不做进一步的讨论了。我们在这里讲解的步进电机驱动电路将只解决后两项要求的问题,这是我们的重点和核心。(如何控制电机的工作电流包括:开启、稳定调整电流、锁定电流) 根据实现方法不同步进电机驱动电路主要分下列常见的是3种电路形式,这三种电路形式在不同型号的打印机里有被用于字车电机的驱动电路,也有被用于走纸电机的驱动电路。下面我们将逐一为大家进行介绍: 1高压驱动低压锁定电路 1.1 电路组成 1.2 工作原理 电机是一个4相步进电机,采用1—2相激励方式工作,当接收到一个驱动脉冲时,电机转过一定角

度,如图4-33、4-34分别是送纸电机驱动电路和1—2相激励方式产生的送纸电机控制信号图。 图4-34 送纸电机驱动信号 送纸电机电压使用情况如下: 状态电压作用 操作+35 V 电机驱动 准备+5V 保持偏压,锁定电机 通过设置门阵列的PCMN口为高或低电平,及三极管TR1和三极管阵列TA1的导通与截止,输入送纸电机的电压可被改变。当TA1被打开,+35V电压供给送纸电机,电机被驱动,进行送纸;当TA1被断开,+5V电压经二极管D1供给送纸电机,给送纸电机一个偏压,该偏压使步进电机产生静转矩阻止轴摆动,使字车锁定在该位置,以保证送纸精度,这就是所谓的“高压驱动、低压锁定”的驱动原理。 1.3 特点总结 这种电路的优点是比较简单,他没有单独的电流控信号,其工作电流的控制是通过控制公共通路三极管的导通与截止实现的,缺点是如果输出功率太大时,需要使用太多的大功率元器件成本较高。另外他的锁定电流是从5V 逻辑回路电源共给的,如果锁定电流过大的话会影响逻辑电路工作的稳定性。 以前的老型号打印机中使用的比较多,打印机中字车电机和走纸电机驱动电路使用的都是这种电路。在新型号打印机种主要用于小功率电机(例如走纸电机、打印头间隙电机等)的控制。 1.4 应用电路介绍 在DS1700打印机中,送纸电机是一个4相步进电机,采用1—2相激励方式工作,当接收到一个驱动脉冲时,电机转过一定角度,如图3-1是送纸电机驱动电路。

基于FPGA的步进电机的PWM控制__细分驱动的实现

姓名___ _ _ _ 学号201016050136 院系电气信息工程学院 专业电子信息工程 班级___信息10-1______ __

目录 目录 (2) 摘要 (3) 关键词 (3) Abstract (3) Keywords (3) 一、引言 (4) 二、步进电机细分驱动的基本原理 (4) 三、Quartus II概述 (5) 四、课题设计 (5) (一)总体设计 (5) (二)细分电流的实现 (6) (三)细分驱动性能的改善 (6) (四)程序设计 (6) 六、仿真与测试结果分析 (10) 七、结论 (12) 参考文献 (12) 注释 (13) 附录 (14) 心得体会 (20)

摘要 在对步进电机细分驱动原理进行分析研究的基础上,提出一种基于FPGA 控制的步进电机细分驱动器。利用FPGA中的嵌入式EAB构成LPM-ROM,存放步进电机各相细分电流所需的PWM控制波形数据表,并通过FPGA设计的数字比较器,同时产生多路PWM电流波形,实现对步进电机转角进行均匀细分控制。实验证明,所研制的步进电机驱动器不仅体积小,简化了系统的设计,减少了延迟,改善了低频特性,有良好的适应性和自保护能力,提高了驱动器的稳定性和可靠性。 关键词 步进电机;细分驱动;脉宽调制;FPGA Abstract In this paper, a divided driving circuit for stepping motor controlled by FPGA is put forward, based on the analysis of the principle of stepping motor divided driving. Using embedded EAB in FPGA to compose LPM-ROM, store PWM control wave form data which stepping motor each phase subdivided driving current is needed.The magnitude comparator designed with FPGA generates several PWM current waveform synchronously, to realize the step angles even division control for three–phase stepping motor.Experimments have proved that the developed subdivision driver is not only smaller,sampler in system, can shorten the delay time,improve the stability in low frequency ,but has good self-adaptation and self-protection ability,and its stability and relibility are higher. Keywords stepping motor; divided driving;PWM; FPGA

步进电机控制驱动电路设计.

实习名称:电子设计制作与工艺实习 学生姓名:周文生 学号:201216020134 专业班级:T-1201 指导教师:李文圣 完成时间: 2014年6月13日 报告成绩:

步进电机控制驱动电路设计 摘要: 本设计在根据已有模电、物电知识的基础上,用具有置位,清零功能的JK 触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器,来对555定时器产生的脉冲进行分配,通过功率放大电路来对步进电机进行驱动,并且产生的脉冲的频率可以控制,从而来控制步进电机的速度,环形分配器中具有复位的功能,在对于异常情况可以按复位键来重新工作。 关键字:555定时器脉冲源环行分配器功率放大电路 一、方案论证与比较: (一)脉冲源的方案论证及选择: 方案一:采用555定时器产生脉冲,它工作频率易于改变从而可以控制步进电机的速度并且工作可靠,简单易行。 C2 10uF 图一 555定时器产生的方法 方案二:采用晶振电路来实现,晶振的频率较大,不利于电机的工作,易失步,我们可以利用分频的方法使晶振的频率变小,可以使电机工作稳定,但分频电路较复杂,并且晶振起振需要一定的条件,不好实现。

X1 1kohm 1kohm 图二晶振产生脉冲源电路 综上所述,我们采用方案一来设计脉冲源。 (二)环形分配器的设计: 方案一:采用74ls194通过送入不同的初值来进行移位依此产生正确的值使步进电机进行转动。但此方案的操作较复杂,需要每次工作时都要进行置位,正反转的操作较复杂,这里很早的将此方案放弃。 方案二:使用单独的JK 触发器来分别实现单独的功能。 图三双三拍正转 图四单三拍正转

图五三相六拍正转 利用单独的做,电路图较简单,单具体操作时不方便,并且不利于工程设计。块分的较零散,无法统一。 方案三:利用JK触发器的自己运动时序特性设计,利用卡诺图来进行画简。 图六单,双三拍的电路图 单,双三拍的正,反转主要由键s1,s2的四种状态来决定四种情况的选择。

步进电机细分控制原理

步进电机细分原理(雕刻机) 2010-03-1213:05:51|分类:学生作品|标签:|举报|字号大中小订阅 雕刻机的X、Y、Z轴分别采用步进电机驱动, 在网上购买等了四天终于到了,57两相步进电机,1.5A,24V。 结构尺寸如下图

这里说说步进电机的细分原理: 细分的基本概念:步进电机通过细分驱动器的驱动,其步距角变小。如驱动器工作在10细分状态时,其步距角只为“固定步距角”的十分之一,也就是:当驱动器工作在不细分的整步状态时,控制系统每发一个步进脉冲,电机转动1.8;而用细分驱动器工作在10细分状态时,电机只转动0.18度。细分功能完全是由驱动器靠精度控制电机的相电流所产生的,于电机无关。 为两相步进电机的工作原理示意图,它有2个绕组A和B。当一个绕组通电后,其定子磁极产生磁场,将转子吸合到此磁极处。 若绕组在控制脉冲的作用下,通电方向顺序按照: 这四个状态周而复始进行变化,电机可顺时针转动;控制脉冲每作用一次,通电方向就变化一次,使电机转动一步,即90度。4个脉冲,电机转动一圈。

细分驱动器的原理是通过改变A,B相电流的大小,以改变合成磁场的夹角,从而可将一个步距角细分为多步。当A、B相绕组同时通电时,转子将停在A、B 相磁极中间,如图1(b),(d)所示。若通电方向顺序按照: 这8个状态周而复始进行变化,电机顺时针转动;电机每转动一步,为45度,8个脉冲电机转一周。与通电顺序(1)相比,它的步距角小了一半。 为了保证电机输出的力矩均匀,A、B相线圈电流的大小也要调整,使A、B相产生的合力在每个位置相同。图2所示为电机四细分时,A、B相线圈电流的比例。 A、B相线圈电流大小与转角关系如图3所示。 图24细分时电机A、B线圈电流在不同角度的分配比例 从图3中可以看出,步进电机的相电流是按正弦函数(如虚线所示)分布的;细分数越大,相电流越接近正弦曲线。 2.步进电机细分与电机运动平稳性的关系 被测步进电机步距角为1.8度,即无细分时每转200步。试验时,将步进电机转速都设为2r/s;电机2细分时,电机每转400步,每步周期为1.25ms;电机8细分时,电机每转1600步,每步周期为0.3125ms;电机64细分时,电机每转12800步,每步周期为0.0391ms。 步进电机2细分时,电流波形台阶均匀,且电流脉动值很大,其最大值是最大电流的70.7%;步进电机8细分时,电流波形台阶明显,但电流脉动值较小,其最大值是最大电流的19.5%;步进电机64细分时,电流波形较平滑,电流波形已很难分辨分别出台阶的个数,最大电流脉动值仅为最大电流的2.45%。 由电磁感应定理知,步进电机输出力矩和电机线圈的电流成正比,及: T=KT×i 式中KT为电机力矩常数,它与电机结构、材料、线圈长度等因素有关。 由此公式就很容易理解:步进电机细分数越高,电机运转越平稳;步进电机细分数越小,电机运转时振动越大。因为细分数高时,电流曲线光滑,所以电机输出力矩也就波动小连续、电机运行就平稳;电机细分数小,电机电流脉动就大,其输出力矩脉动就大,因而造成电机较大的振动,该振动并产生噪音乃至其它部件的谐振噪音。 3.结论 步进电机细分驱动电路不但可以提高工作平台的运动平稳性,而且可以有效

舞蹈机器人步进电机驱动电路和程序设计

舞蹈机器人步进电机驱动电路和程序设计 摘要:介绍了舞蹈机器人步进电机驱动电路和程序设计。电路采用74373锁存,74LS244和ULN2003作电压和电流驱动,单片机AT89C52作工作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时复用方式,实时更新各个电机的速度和方向。 关键词:单片机,中断服务,速度累加计数器,归一化速度 在机器人舞蹈时,我们用一个单片机控制多个步进电机指挥跳舞机器人的双肩、双肘和双脚伴着音乐做出各种协调舒缓充满感情的动作。电路采用74373锁存,74LS244和ULN2003作电压和电流驱动,单片机(Atc52)作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时利用方式,实时更新各个电机的速度、方向。整个舞蹈由运动数据所决定的一截截动作无缝连接而成。 1 步进电机简介 步进电机根据内部线圈个数不同分为二相制、三相制、四相制等。本文以四相制为例介绍其内部结构。图1为四相五线制步进电机内部结构示意图。 2 四相五线制步进电机的驱动电路 电路主要由单片机工作外围电路、信号锁存和放大电路组成。我们利用了单片机的I/O端口,通过74373锁存,由74LS244驱动,ULN2003对信号进行放大。8个电机共用4bit I/O端口作为数据总线,向电机传送步进脉冲。每个电机分配1bit的I/O端口用作74373锁存信号,锁存步进电机四相脉冲,经ULN2003放大到12V驱动电机运转。

电路原理图(部分)如图2所示。 (1)Intel 8051系列单片机是一种8位的嵌入式控制器,可寻址64K字节,共有32个可编程双向I/O口,分别称为P0~P3。该系列单片机上集成8K的ROM,128字节RAM可供使用。 (2)74LS244为三态控制芯片,目的是使单片机足以驱动ULN2003。ULN2003是常用的达林顿管阵列,工作电压是12V,可以提供足够的电流以驱动步进电机。关于这些芯片的详细介绍可参见它们各自的数据手册。 (3)74373是电平控制锁存器,它可使多个步进电机共用一组数据总线。我们用P1.0~P1.7作为8个电机的锁存信号输出端,见表1。

步进电机控制驱动电路设计

课程实习报告 实习名称:电子设计制作与工艺实习 学生姓名:周文生 学号: 2 专业班级:T-1201 指导教师:李文圣 完成时间: 2014年6月13日 报告成绩: 评阅意见: 评阅教师日期

步进电机控制驱动电路设计 摘要: 本设计在根据已有模电、物电知识的基础上,用具有置位,清零功能的JK 触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器,来对555定时器产生的脉冲进行分配,通过功率放大电路来对步进电机进行驱动,并且产生的脉冲的频率可以控制,从而来控制步进电机的速度,环形分配器中具有复位的功能,在对于异常情况可以按复位键来重新工作。 关键字:555定时器脉冲源环行分配器功率放大电路 一、方案论证与比较: (一)脉冲源的方案论证及选择: 方案一:采用555定时器产生脉冲,它工作频率易于改变从而可以控制步进电机的速度并且工作可靠,简单易行。 C2 10uF 图一 555定时器产生的方法 方案二:采用晶振电路来实现,晶振的频率较大,不利于电机的工作,易失步,我们可以利用分频的方法使晶振的频率变小,可以使电机工作稳定,但分频电路较复杂,并且晶振起振需要一定的条件,不好实现。

X1 1k ohm 1k ohm 图二晶振产生脉冲源电路 综上所述,我们采用方案一来设计脉冲源。 (二)环形分配器的设计: 方案一:采用74ls194通过送入不同的初值来进行移位依此产生正确的值使步进电机进行转动。但此方案的操作较复杂,需要每次工作时都要进行置位,正反转的操作较复杂,这里很早的将此方案放弃。 方案二:使用单独的JK 触发器来分别实现单独的功能。 图三双三拍正转 图四单三拍正转

步进电机闭环细分驱动控制系统设计_宋鸿飞

步进电机闭环细分驱动控制系统设计 摘要:介绍了螺纹非接触光电测试系统中步进电机闭环细分控制系统的设计,并结合系统要求对抗干扰性和稳定性进行深入研究。文中对步进电机的特性与系统的性能相互关系进行了论述,在此基础上提出了可行的系统设计方案,给出了基于TA8435专用芯片的细分驱动设计电路,对系统抗干扰性和稳定性设计提出了具体解决办法,硬件设计中采用了传感器反馈的全伺服控制方法,软件上采用升频离散化处理,很好的解决了步进电机在高速启停过程中的堵转和丢步现象,提高了系统的稳定性和精度。 关键词:闭环控制;细分驱动;升频离散化 中图分类号:TP216文献标识码:A文章编号:1672-9870(2008)02-00093-03 收稿日期:200716 基金项目:国家863计划资助项目 作者简介:宋鸿飞(1980

角,并依靠电磁力锁定转轴在一定的位置上。因此在定位精度不高的场合下,一般的步进系统都采用开环控制。但由于步进电机固有的低频共振,高频扭矩小引起的失步和机械结构等因素的影响,都会造成实际位移值偏离指令设定值。因此在高定位精度的场合下,没有闭环反馈就无法知道电机是否丢步或过步,系统无法对其进行有效校正和补偿,导致不能准确定位。在步进系统中引入检测环节并对其进行闭环控制,可从根本上解决步进系统的定位精度问题,将使其性能大大提高。步进电机的闭环控制可采用各种不同的方法,其中包括步校验、无传感器反电动势检测和有传感器反馈的全伺服控制。 1系统构成 本电机系统设计应用精密在螺纹非接触光电测试系统中,两相步进电机通过精密滚珠螺杆把电机的轴角运动转化成直线位移运动,带动负载平台及上边安装的测试系统在螺管内部进行直线运动,实现对螺纹的实时检测。由于螺纹检测属于精密检测,对精密位移台的定位精度、速度范围和速度稳定性提出了很高的要求,因此步进电机采用开环控制方式是达不到系统的指标要求的,针对系统的要求步进电机要采用闭环细分控制方式。 电机控制系统设计采用有传感器反馈的全伺服控制方法。其系统组成包括四部分:(1)使用89S52单片机实现电机控制器设计;(2)电机细分驱动器采用东芝公司生产的TA8435电机驱动专业芯片实现电机细分驱动器的设计;(3)位置反馈传感器采用分辨率 1 图1步进电机闭环细分控制系统功能图 Fig.1Diagram for close-loop subdivision control system func- tion of stepper motor 2细分驱动器设计 结合螺纹检测系统对位移平台定位精度和速度范围的要求,步进电机步距角不能满足使用条件,在设计中采用细分驱动的方法,细分驱动电路是通过对步进电机的励磁绕组中电流的控制,来调整步进惦记步距角的大小,把原来的一个整步步距角细分成若干步来完成,从而实现步进电机的高精度定位,提高了步进电机的分辨率。实现细分驱动的方法有很多种,设计中使用了东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片TA8435,芯片采用的是脉宽调制式斩波驱动,该芯片有电路连接简单,工作稳定,特点如下: (1)工作电压范围宽(10 、B+、B 图2细分驱动电路原理图 Fig.2Circuit schematic diagram of subdivision driving 在系统中使用的位移平台螺杆导程L为4mm (即电机轴转动一周负载平台的直线位移量),细分数为为0.9° ,分数为 而转台的移动速度和脉冲频率、细分选择、电机本身的固有频率有关。在设计中由89S52的内部 定时器

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