步进电机细分驱动电路设计.doc

设计论文

步进电机细分驱动电路设计
摘要:
由PIC16F876控制的步进电机细分驱动电路的设计,该电路主要包括单片机控制电路、斩波电路、功率驱动电路及温度报警与限流电路等。给出了细分驱动电路的设计原理及其实现的方法,提出细分按照线性加正弦规律的方法输出阶梯电压,经脉宽调制(PWM)输出各相驱动信号,实现细分驱动信号波形。应用于天文望远镜的90BF003步进电机驱动,性能良好。
关键词:步进电机、单片机、细分电路
Abstract:
A design of micro—step driving circuit of step motor based on PIC16F876 is circuit includes
chopping circuit,the power drive circuit,temperature measurement circuit and current—limit design principle isgiven in circuit is applied to drive 90BF003 step motor for an astronomy telescope.

Key words:step motor,PIC16F876,micro—stepping
引言:
步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。

步进电机在实际应用中存在着驱动电路效率低、低频振荡、高频出力不足、频率特性差等问题。基于PIC16F876的步进电机细分驱动电路将斩波电路和可变细分控制的方法进行结合,能够使电机的高、低频运行性能和启动性能明显提高。

步进电动机又称为脉冲电动机或阶跃电动机,它是将数字电脉冲直接转换为位移角度的机电设备。在一般情况下,步进电机各相绕组电流在步进脉冲的控制下,轮流切换,从而使电机的转子步进旋转。如果每次输入脉冲切换时,只改变对应绕组中额定电流的一部分,那么转子相应的每步转动也只有原步距角的一部分。额定电流细分成多少份(即细分数),转子就以多少步来完成一个原有的步距角,这种把步距角分成若干步来完成的控制方式称为细分控制。虽然这种驱动电路的结构比较复杂,但在不改变电机内部结构的前提下,使步进电机具有更小的步距角、更高的分辨率;也使电机运行平稳,减小或消除电机振荡,减少噪声。


步进电动机的控制系统一般包含步进脉冲产生与方向控制电路、相脉冲逻辑分配电路和驱动电路。其中驱动电路有细分和不细分之分。文章以PIC16F876单片机为核心,将相脉冲逻辑分配电路和细分驱动电路有机结合在一起,实现了多功能的步进电机的细分驱动电路。电路原理框图如图1所示,整个系统主要分为单片机控制子系统和功率放大驱动电路两大部分,两部分中间由电平转换电路桥接。
脉冲
输出
功
率
放
大
器
单
片
机
电平
位移
转换
电路
脉冲
调制
电路
D/A
转换
电路
相选
拍选
细分选择电路
步进电机
电机驱动电源
电源电路
电平位移
转换电路
步进脉冲
输入
相选输出
相选电路
限温/限流报警电路
取样电压输入
电压反馈放大电路


图为步进电机细分驱动电路原理框图
单片机控制电路主要包括PIC16F876单片机、产生步进脉冲输出的斩波电路和产生电机相信号的相控电路以及其他一些相关电路。单片机通过中断接口接收步进
脉冲和方向信号,根据方向信号和步进脉冲的顺序,输出阶梯电压细分值和相控信号。斩波电路由D/A转换电路、取样电压放大电路和脉宽调制电路(PWM)组
成。D/A转换电路将单片机输出的电压细分值转换为模拟量,作为比较参考电压,加在脉宽调制电路同相输入端,与取样电压放大电路的输出值进行比较,由脉宽调制电路产生恒频调宽脉冲,作为步进电机的脉冲信号。
为了防止驱动电路的过流和过热,系统中设计了限温报警电路和限流报警电路。当驱动电路温度超过设定值或