一、步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。

正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。

二、步進(jìn)電機(jī)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其功用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移，就是給一個(gè)脈沖信號，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或是前進(jìn)一步。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與脈沖數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。

如下所示的步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。

當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D

四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CD-D-DA時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A-D-CD-C-BC-B-AB-A時(shí)為反轉(zhuǎn)。

三、步進(jìn)電機(jī)的指標(biāo)理解

步進(jìn)電機(jī)有分靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)，其中最讓我懵逼的是齒距角和步距角的關(guān)系，網(wǎng)上對齒距角和步距角的解釋有點(diǎn)混亂。我個(gè)人的理解是，齒距角是轉(zhuǎn)子上的小齒之間的間距角，步距角(步進(jìn)角)是轉(zhuǎn)子走過一步(一拍)的間距角，一個(gè)齒距角分幾步走完就叫幾拍。

關(guān)于轉(zhuǎn)子齒數(shù)，一般情況下，三相為40齒，四相為50齒，五相為48/50齒。

四、硬件設(shè)計(jì)

12V電壓給步進(jìn)電機(jī)供電，5V電壓則給單片機(jī)供電。利用P1口作步進(jìn)電機(jī)的控制端口，通過達(dá)林頓陣列ULN2003A驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。畫圖有些匆忙，ULN2003A的COM端懸空，沒有保護(hù)輸出，應(yīng)該接電源正。

P3.0-P3.2分別接按鍵K1-K3，其中K1為加速按鍵，K2為減速按鍵，K3為正反轉(zhuǎn)控制按鍵，要求速度7檔（1-7）可調(diào)，加減速各設(shè)3檔，開機(jī)及復(fù)位時(shí)位于4檔，要求每檔速度變化明顯。

五、軟件設(shè)計(jì)

#include

#define  uint unsigned int

#define  uchar unsigned char

sbit inc_key=P3^0;//加鍵

sbit dec_key=P3^1;//減鍵

sbit chg_key=P3^2;//轉(zhuǎn)向控制鍵

//A→AB→B→BC→C→CD→D→DA

uchar code eightStep[] = {0x0d, 0x09, 0x0b, 0x03, 0x07, 0x06,0x0e,0x0c};

uchar k=0;//第幾檔

//正反轉(zhuǎn)標(biāo)志位,1正轉(zhuǎn),0反轉(zhuǎn)

bit rotaFlag = 1; 

//*********************************延時(shí)函數(shù)*********************************

void delay_ms(uint x)

{

 uint a,b;

 for(a=x;a>0;a--)

for(b=110;b>0;b--);

}

//*********************************加函數(shù)*********************************

void checkInc(void)

{

if(inc_key==0)//檢測加按鍵

{

delay_ms(1);//消抖

if(inc_key==0)

{

while(!inc_key);//檢測松手

k++;

if(k>6)k=0;

}

}

}

//*********************************減函數(shù)*********************************

void checkDec(void)

{

if(dec_key==0)//檢測減按鍵

{

delay_ms(1);

if(dec_key==0)

{

while(!dec_key);

k--;

if(k<0)k=6;

}

}

}

//*********************************主函數(shù)********************************* 

void main(void)

{

char i=0;//第幾拍

IT0 = 1; //外部中斷0,邊沿觸發(fā)

EX0 = 1;

EA = 1;

while(1)

{ 

//檢測檔位是否改變

checkInc();

checkDec();

switch(k)

{

case 0:P1 = eightStep[i];delay_ms(800);break;//1擋 慢

case 1:P1 = eightStep[i];delay_ms(500);break;//2擋

case 2:P1 = eightStep[i];delay_ms(200);break;//3擋

case 3:P1=0x00;break;//4擋 停止

case 4:P1=eightStep[i];delay_ms(100);break;//5擋

case 5:P1=eightStep[i];delay_ms(50);break;//6擋

case 6:P1=eightStep[i];delay_ms(5);break;//7擋 快

}

if(k!=3)

{

if (rotaFlag)//正

{

i++; 

if(i>7)i=0;

}

else//反

{

i--;

if(i<0)i=7;

}

}

}

}

void Int0(void) interrupt 0

{   

if(chg_key==0)//檢測轉(zhuǎn)向控制按鍵

{

rotaFlag = !rotaFlag;//改變轉(zhuǎn)向

}

}

六、實(shí)驗(yàn)小結(jié)

本設(shè)計(jì)作為實(shí)驗(yàn)作業(yè)，正反轉(zhuǎn)的控制只設(shè)置成了人為觸發(fā)的狀態(tài)切換；5V供單片機(jī)，12V驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；通過簡單的延時(shí)長短改變轉(zhuǎn)速大小，調(diào)速效果不太明顯，可以通過設(shè)置定時(shí)器與轉(zhuǎn)速相關(guān)參數(shù)進(jìn)一步完善。其中有個(gè)小坑，unsigned char變量影響了反轉(zhuǎn)，會(huì)減到為負(fù)值，改成char變量就沒問題了。