控制步进电机方向

1、控制步进电机方向 一，实验目的 1，熟悉步进电机的工作原理和励磁方式。 2，熟悉并灵活应用常用的IO口。 3，了解驱动芯片ULH2003A的使用。 二，实验器材: LPC2138一片，四相步进电机一个，10千欧电阻两个，5V电源，3.3V电源。 三，实验要求： 按下按键一控制电机正转 按下按键二控制电机反转四，预备知识1，ULN2003A简介（高耐压，大电流，有7个硅NPN达林顿管组成的驱动芯片）基本参数基本参数模块配置:7 NPN 电压, Vceo:50V 集电极直流电流:500mA 直流电流增益hFE:1000 工作温度范围:-20C to +85C 封装类型:PDIP 引脚数:16 封装

2、类型:DIP 晶体管数:7 表面安装器件:通孔安装器件标号:2003 最大连续电流, Ic:500mA 芯片标号:2003 输入电压最大:30V 输入类型:5V TTL CMOS 输出电压最大:50V 输出电流最大:0.6A 通道数:7 逻辑功能号:2003 可见ULN2003A依靠的是达林顿管的放大作用 2，步进电机一、步进电机简介一、步进电机简介 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差

3、而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。二、步进电机的分类二、步进电机的分类 1、应式步进电机（VR） 2、永磁式步进电机（PM） 3、混合式步进电机（HB） 4、单相式步进电机三、步进电机的一些基本参数三、步进电机的一些基本参数 1、步距角 表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。真正的步距角和驱动器有关。 2、步进电机的相数 是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同 3保持转矩 是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 四、步进电机的特点四、步进电机的特点 1 、输出角与输入

4、脉冲严格成正比，且在时间长同步。步进电机的步距角不受各种干扰因素，如电压的大小、电流的数值、波形的影响，转子的速度主要取决与脉冲信号的频率，总的位移量则取决与总脉冲数。 2 、步进电机的转向可以通过改变通电顺序来改变。 3 、转子惯量小，启、停时间短。 4 、步进电机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电机就可以保持在该固定位置。 5、步进电机的步进角有误差、转子转过一定步数以后也会出现累计误差，但转子转过一转时间以后，其累积误差为零，不会长期积累。 6、与计算机接口容易，维修方便，寿命长。步进电机本身就是一个数/模转换器，能够直接接受计算机的输出的数字量。 7、能量效率低，存在失步

5、现象。五、步进电机的驱动电源五、步进电机的驱动电源 1、步进电机应由专用的驱动电源来供电，由驱动电源和步进电机组成一套伺服装置来驱动负载工作。 2、步进电机的驱动电源，主要包括边频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器等三个部分，如图14所示。 六、感应子式步进电机工作原理六、感应子式步进电机工作原理 反应式步进电机原理反应式步进电机原理 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿， 定子齿有三个励磁绕阻，其几 何轴线依次分别与转子齿轴线 错开。0、1/3、2/3, 2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B

6、对齐，此时转子向右移过1/3，此时齿3与C偏移为1/3，齿4与A偏移（-1/3）=2/3。 如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3，此时 与A偏移为1/3对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3七、感应子式步进电机七、感应子式步进电机 1、特点 (1)、应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。 （2）、因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、

7、低频振动小。 2、分类 （1）、按相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。 （2）、按机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准） 八、驱动控制系统组成八、驱动控制系统组成 使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下： 1、脉冲信号的产生 脉冲信号一般由单片 机或CPU产生，一般脉冲 信号的占空比为0.3-0.4左 右，电机转速越高，占空 比则越大。 2、信号分配 应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种 。 3、功率放大 功率放大是驱动系统

8、最为重要的 部分。 步进电机一经定型，其性 能取决于电机的驱动电源。步进 电机转速越高，力距越大则要求 电机的电流越大，驱动电源的电 压越高。电压对力矩影响如右： 4、细分驱动器九、步进电机的选择九、步进电机的选择 步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。 1、步距角的选择 2、静力矩的选择 3、电流的选择 综上所述选择电机一 般应遵循以下步骤：步进电机实验机理和特点 步进电机的结构 步进电机的工作方式 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以

9、称三相而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。单三拍。三相单三拍的特点：三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过 30 。此角称为。此角称为步距角，用步距角，用 S表示。表示。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。改变通电顺序即可改变转向。二、三相单双六拍二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。工作过程：工作过程：A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿和齿和A相对齐。相对齐。CABBCA3412所以转子转到两磁

10、拉力平衡的位置上。相对所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了通电，转子转了15。（1）BB 磁场对磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。转子顺时针方向转动。A、B相同时通电相同时通电（2）AA 磁场继续对磁场继续对1、3齿有拉力。齿有拉力。CABBCA3412总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为为三相六拍，步距角为15 。CABBCA3412B相通电，相通电，转子转子2、4齿和齿和B相对齐，又转了相对齐，又转了15 。三、三相双三拍三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：

11、三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通电通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电通电以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。工作方式为三相双三工作方式为三相双三拍时，每通入一个电拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转脉冲，转子也是转30 ，即，即 S = 30 。CA通电通电CABBCA3412 本实验采用单双向六拍。 此外还有小步距步进电机，这里不做介绍。十、步进电机的应用十、步进电机的应用 1.步进电机主要用于一些有定位要求的场合。 例如：线切

12、割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度）。一般涉及到定位的场合都用得到。 2.广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。 3.步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用， 本实验采用GPIO的P0.0，P0.1，P0.2，P0.3对应的驱动（1-2相励磁）如下： P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 对应值 相序 0 0 1 0 02 B 0 1 1 0 06 BC 0 1 0 0 04 C 1 1 0 0 0C CD 1 0 0 0 08 D 1 0 0 1 09 DA 0 0 0 1 01 A 0 0 1 1 03 AB 五，实验电路图主程序文件#include C