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)動器接受到一個差分信號，它就驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)就按設(shè)置的方位旋轉(zhuǎn)一個固定不動的視角(橫距角)。根據(jù)控制單脈沖數(shù)量來控制角速度量，能夠 做到精確精準(zhǔn)定位;另外能夠 根據(jù)控制單脈沖頻率來控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速率和瞬時速度，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)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方位。
　　步進(jìn)電機(jī)的特性
　　1、步進(jìn)電動機(jī)的角速度與脈沖信號嚴(yán)苛正相關(guān)，因而，它沒有總計偏差，具備優(yōu)良的追隨性。
　　2、步進(jìn)電動機(jī)的動態(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 無需降速設(shè)備而立即驅(qū)動器負(fù)荷。
　　4、步進(jìn)電動機(jī)只有根據(jù)脈沖電源供電系統(tǒng)才可以運作，它不可以立即應(yīng)用交流電和直流開關(guān)電源。
　　那大家該怎樣來控制步進(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)信號轉(zhuǎn)化成角速度，即給一個差分信號，步進(jìn)電動機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個視角，因而特別適合單片機(jī)設(shè)計的控制。
　　一般一個詳細(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磁繞阻，運用地磁極的轉(zhuǎn)變造成轉(zhuǎn)距。常見中小型步進(jìn)電機(jī)的商品如圖2 所顯示，該步進(jìn)電機(jī)能夠 立即與大家的加強型PIC 試驗板相接，進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)控制試驗。
　　

　　圖2 步進(jìn)電機(jī)實體圖
　　步進(jìn)電機(jī)的勵磁方式。
　　步進(jìn)電機(jī)的勵磁方式一般分成1 相勵磁、2 相勵磁、1-2 相勵磁。
　　1 相勵磁時，步進(jìn)電動機(jī)按
方式循環(huán)系統(tǒng)接電源，每一次只對一互通電，電磁場轉(zhuǎn)動一周必須換相4 次，電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個齒距角。其接電源方式更為簡易，轉(zhuǎn)距最少。勵磁方式見表1。
　　表1 1相勵磁方式
　　

　　2 相勵磁時，每一次對兩同樣時接電源，電磁場轉(zhuǎn)動一周必須換相4 次，電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個齒距角。在雙三拍工作中方式中，步進(jìn)電動機(jī)點動的接電源次序為：
;翻轉(zhuǎn)的接電源次序為：
　　
。雙三拍工作中方式的優(yōu)勢是：
　　可造成很大的轉(zhuǎn)距，不容易造成失步。勵磁方式見表2。
　　表2 2相勵磁方式
　　

　　1-2 相勵磁是1 相勵磁和2 相勵磁更替應(yīng)用的方式。電磁場轉(zhuǎn)動一周必須換相8 次，電機(jī)轉(zhuǎn)子才掉轉(zhuǎn)一個橫距角，歸屬于越雷池的方式，換句話說1-2 相勵磁時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 相勵磁方式見表3。
　　表3 1-2相勵磁方式
　　

　　步進(jìn)電機(jī)運用光耦電路
　　步進(jìn)電機(jī)的光耦電路有人下單旋光性直流驅(qū)動器和H 橋驅(qū)動器二種，本例的中小型步進(jìn)電機(jī)，選用非常簡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
　　在具體運用中一般驅(qū)動器套路不僅一路，用圖3的分立電路容積大，各界主要參數(shù)一致性無法確保。最好用現(xiàn)有的集成電路芯片做為多通道驅(qū)動器。常見的中小型步進(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)荷工作能力強等特性，融入于各種規(guī)定髙速功率大的驅(qū)動器的系統(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)通時的自感電動勢穿透集成電路芯片，能夠 看得出，運用ULN2003 后電源電路比分立元件簡約得多。
　　

　　根據(jù)上文的基本原理詳細(xì)介紹，大家早已對步進(jìn)電機(jī)的特點及其原理擁有大概地掌握，但在我們?nèi)〉靡粋€步進(jìn)電機(jī)時要恰當(dāng)?shù)剡\用它還是一時不知道怎樣著手，例如大家如今要控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、高速運行、低速檔運行時，必須怎么辦呢?要控制步進(jìn)電機(jī)開展正反轉(zhuǎn)，已并不是像直流電機(jī)那么簡易，在電機(jī)兩邊再加上正反面相開關(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)時鐘頻率單脈沖來完成控制。如今，大家來一起看一下怎樣開展步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及其旋轉(zhuǎn)速率的控制，根據(jù)一個案例，堅信會給大伙兒產(chǎn)生一個理性的了解。
　　最先，大家看來一下加強型PIC 試驗板上的步進(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)合開展考慮到怎樣來程序編寫。步進(jìn)電機(jī)控制一部分的電路設(shè)計圖如圖所示7 所顯示。PIC 單片機(jī)汕尾步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計的RD0~RD3 為電機(jī)單脈沖輸出腳位，根據(jù)ULN2003 集成化集成ic來驅(qū)動器中小型步進(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 為大家為試驗板設(shè)計方案的步進(jìn)電機(jī)智能化供電系統(tǒng)漏線，那樣試驗板能夠 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 的開關(guān)電源，大家如今做測驗應(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，即客戶外界連接開關(guān)電源出示給步進(jìn)電機(jī)工作標(biāo)準(zhǔn)電壓。
　　

　　針對單片機(jī)軟件的程序編寫，大家應(yīng)用MPLab IDE手機(jī)軟件來開展C 編程語言，它是大家的程序編寫自然環(huán)境，另外我們可以根據(jù)應(yīng)用ICD2 模擬仿真燒寫器和加強型PIC試驗板聯(lián)接開展程序流程的模擬仿真調(diào)節(jié)和燒錄流程，實際的操作流程，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)址查詢材料。如今我們可以鍵入編程代碼開展調(diào)節(jié)了，我們在MPLabIDE 手機(jī)軟件中在建工程項目，添加源代碼編碼，另外開展主控芯片的挑選和配備位的設(shè)定，大家試驗常用的主控芯片為PIC16F877A。撰寫的編程代碼以下：
　　/* 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