2022年步进电机控制方法 .pdf

第四节 步进电机的控制与驱动 步进电机的控制与驱动流程如图4-11 所示。主要包括脉冲信号发生器、环形脉冲分配器和功率驱动电路三大部分。图 4-11 步进电机的控制驱动流程 二、步进电机的脉冲分配 环形分配器是步进电机驱动系统中的一个重要组成部分，环形分配器通常分为硬环分和软环分两种。硬环分由数字逻辑电路构成，一般放在驱动器的内部，硬环分的优点是分配脉冲速度快，不占用 CPU的时间，缺点是不易实现变拍驱动，增加的硬件电路降低了驱动器的可靠性；软环分由控制系统用软件编程来实现，易于实现变拍驱动，节省了硬件电路，提高了系统的可靠性。1采用硬环分时的脉冲分配 采用硬环分时，步进电机的通电节拍由硬件电路来决定，编制软件时可以不考虑。控制器与硬环分电路的连接只需两根信号线：一根方向线，一根脉冲线（或者一根正转脉冲线，一根反转脉冲线）。假定控制器为AT89S52单片机，晶振频率为12MHz，如图4-18：P1.0 输出方向信号，P1.1输出脉冲信号。图 4-18 硬环分时的脉冲分配 则控制电机走步的程序如下：（1）电机正转100 步 MOV 0FH，#100D；准备走 100 步 CONT1：SETB P1.0；正转时 P1.0=1 CLR P1.1；发步进脉冲的下降沿（设驱动器对于脉冲的下降沿有效）NOP ；延时（延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通）NOP ；延时（根据驱动器的需要，调整延时）SETB P1.1；发步进脉冲的上升沿 MOV 0EH，#4EH；两脉冲之间延时20000s（决定电机的转速）MOV 0DH，#20H；20000 的 HEX码为 4E20CALL DELAY；调用延时子程序 DJNZ 0FH，CONT1；循环次数减1 后，若不为0 则继续，循环100 次 RET（2）电机反转100 步 MOV 0FH，#100D；准备走 100 步 CONT2：CLR P1.0；反转时 P1.0=0 CLR P1.1；发步进脉冲的下降沿（设驱动器对于脉冲的下降沿有效）NOP ；延时（延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通）NOP ；延时（根据驱动器的需要，调整延时）SETB P1.1；发步进脉冲的上升沿 脉冲信号发 生 器环形脉冲分 配 器功率驱动电路步进电机步进脉冲方向电平AT89S52 P1.1 P1.0 硬件环分电路功率驱动电路步进电机步进脉冲方向电平步进电机驱动器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -MOV 0EH，#4EH；两脉冲之间延时20000s（决定电机的转速）MOV 0DH，#20H；20000 的 HEX码为 4E20CALL DELAY；调用延时子程序 DJNZ 0FH，CONT2；循环次数减1 后，若不为0 则继续，循环100 次 RET 2采用软环分时的脉冲分配 如图 4-19 所示，该系统基于AT89S52单片机，利用扩展的可编程接口芯片8255A的 PB口送出步进脉冲信号，经过驱动放大后，分别控制X轴、Z 轴两个三相六拍反应式步进电机激磁绕组的通电顺序，以控制刀架在X、Z 两个方向的运动。根据步进电机的工作原理，只要不断改变绕组的通电状态，步进电机即按规定的方向运转。软件分配脉冲采用查表法，按正向运转的通电顺序（如图4-20 所示），列出各相绕组的脉冲分配表（如表4-11 所示，表中“0”表示通电）。每个电机设置一个指针寄存器，初始化时使指针指向分配表的表首。步进电机需要正向运行一步时，指针下移一行，同时输出该行的状态，当指针超出分配表表尾时自动回到表首；步进电机反向运行时，指针上移一行，并输出该行的脉冲值，当指针超出表首时又自动回到表尾。表 4-11 步进电机绕组通电顺序表图 4-19 软环分时的绕组通电布置 A AB B BC C CA A AC C CB B BA 正 转 反 转 图 4-20 步机电机正、反转时的绕组通电顺序（三相六拍方式）Y N N Y N Y 图 4-21 Z向电机脉冲分配子程序框图 电机绕组通电顺序 地 址 指 针 代 码 选通信号 A B C MOTB+1 1 0BH 1 0 1 1 MOTB+2 2 09H 1 0 0 1 MOTB+3 3 0DH 1 1 0 1 MOTB+44 0CH 1 1 0 0 MOTB+55 0EH 1 1 1 0 MOTB+66 0AH 1 0 1 0 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 8255A 功放Z 向电机脉冲分配子程序正向运转?指针加 1 指针减 1 指针大于表尾地址?指针修改到表首指针修改到表尾输出脉冲信号至8255A 的 PB 口返 回C 相绕组B 相绕组A 相绕组Z 向选通C 相绕组B 相绕组A 相绕组X 向选通指针小于表首地址?功放名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -设 R6、R7 分别为 X、Z 向电机的指针寄存器，正常情况下R6与 R7的取值应在16 之间（六拍之一）。则 Z 向电机脉冲分配的具体程序如下（采用MCS-51汇编语言）。BDZ1P：INC R7；Z 向电机正转一步（若DEC R7，则反转一步）OTZ：CJNE R7，#07H，AA0 MOV R7，#01H；指针超出分配表的表尾（R7=#07H）时，自动回到表首（R7=#01H）JMP AA1 AA0：CJNE R7，#00H，AA1 MOV R7，#06H；指针超出分配表的表首（R7=#00H）时，自动回到表尾（R7=#06H）AA1：MOV DPTR，#MOTB；16 位数据指针指向脉冲分配表的首地址MOV A，R7；Z 向指针送给 A MOVC A，A+DPTR；查表取出Z向电机绕组通电状态，存于A MOV B，A；再送寄存器B中暂存 MOV A，R6；取 X向指针送给A MOVC A，A+DPTR；查表取出X向电机绕组通电状态，送给A SWAP A；将A的高 4 位与低 4 位交换，之后，低4 位全为 0 ADD A，B；A 与 B 相加后，A的高 4 位为 X通电状态，低4 位为 Z通电状态 ANL A，#11110111B；将 A的 D3位置 0，选择 Z 向电机输出，X电机保持原有通电状态 MOV DPTR，#2FFDH；8255A 的 PB 口地址 MOVX DPTR,A ；同时输出X、Z 向电机绕组通电状态至8255A的 PB口 RET ；X 向电机转子保持不动，Z向电机转子转过一拍 MOTB：DB 0FH ；不用（地址：MOTB+0）DB 0BH ；A 相通电（地址：MOTB+1）DB 09H ；AB 相通电（地址：MOTB+2）DB 0DH ；B 相通电（地址：MOTB+3）DB 0CH ；BC相通电（地址：MOTB+4）DB 0EH ；C 相通电（地址：MOTB+5）DB 0AH ；CA相通电（地址：MOTB+6）设 Z 向电机连续运转100 步，则走步程序为：MOV 0FH，#100D；100 步 CONT3：CALL BDZ1P；Z 向电机走一步（调用上述的脉冲分配子程序）MOV 0EH，#4EH；两脉冲之间延时20000s（决定电机的转速）MOV 0DH，#20H；20000 的 HEX码为 4E20 CALL DELAY；相邻步之间的延时（决定电机的转速）DJNZ 0FH，CONT3；循环次数减1 后，若不为0 则继续，循环100 次 RET X向电机的脉冲分配程序与走步程序同Z 向相似，在此不再赘述。从上面的分析可以看出，采用软件来分配步进电机的走步脉冲时，对于每台电机，控制系统硬件电路需要的输出口数目，取决于步进电机的相数,至于节拍的分配方式（大步或小步），则要根据使用要求来决定。由于采用了软环分，只需改变部分软件，即可实现变拍驱动。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -