大功率驱动电路

大功率驱动电路第1页，共73页，2023年，2月20日，星期一引言数字量输出通道简称DO通道，它的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。第2页，共73页，2023年，2月20日，星期一

对于低压情况下的小电流开关量，用功率三极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输入电流与三极管增益的乘积。三极管驱动电路第3页，共73页，2023年，2月20日，星期一1.普通三极管驱动电路

当驱动电流只有十几mA或几十mA时，只要采用一个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图3-7-1所示。第4页，共73页，2023年，2月20日，星期一2.达林顿驱动电路

当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电路必须采取多级放大或提高三极管增益的办法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的特点，同时多对复合管也非常适用于计算机控制系统中的多路负荷。

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图3-7-2给出达林顿阵列驱动器MC1416的结构图与每对复合管的内部结构，MC1416内含7对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达500mA，截止时能承受100V电压，其输入输出端均有箝位二极管，输出箝位二极管D2抑制高电位上发生的正向过冲，D1、D3可抑制低电平上的负向过冲。第6页，共73页，2023年，2月20日，星期一第7页，共73页，2023年，2月20日，星期一

图3-7-3为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当CPU数据线Di输出数字“0”即低电平时，经7406反相锁存器变为高电平，使达林顿复合管导通，产生的几百毫安集电极电流足以驱动负载线圈，而且利用复合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时产生的反向电动势的泄流回路。第8页，共73页，2023年，2月20日，星期一第9页，共73页，2023年，2月20日，星期一继电器驱动电路电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。第10页，共73页，2023年，2月20日，星期一图3-7-4继电器原理第11页，共73页，2023年，2月20日，星期一

继电器驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。

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常用的继电器有电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。由于继电器线圈需要一定的电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。

继电器的驱动电路

驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。第13页，共73页，2023年，2月20日，星期一

图3-7-5为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通，继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电流泄放回路。第14页，共73页，2023年，2月20日，星期一第15页，共73页，2023年，2月20日，星期一晶闸管驱动电路

晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率的半导体器件，具有用小功率控制大功率、开关无触点等特点，在交直流电机调速系统、调功系统、随动系统中应用广泛。第16页，共73页，2023年，2月20日，星期一

晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图3-7-6所示，（a）为单向晶闸管，有阳极A、阴极K、控制极（门极）G三个极。当阳、阴极之间加正压时，控制极与阴极两端也施加正压使控制极电流增大到触发电流值时，晶闸管由截止转为导通；只有在阳、阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流以下，晶闸管才由导通变为截止。单向晶闸管具有单向导电功能，在控制系统中多用于直流大电流场合，也可在交流系统中用于大功率整流回路。第17页，共73页，2023年，2月20日，星期一单向晶闸管双向晶闸管图3-7-6晶闸管的结构符号第18页，共73页，2023年，2月20日，星期一

双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图（b）所示。当两个电极T1、T2之间的电压大于1.5V时，不论极性如何，便可利用控制极G触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。第19页，共73页，2023年，2月20日，星期一第20页，共73页，2023年，2月20日，星期一晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与CPU直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图3-7-7为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当CPU数据线Di输出数字“1”时，经7406反相变为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双向晶闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备RL。第21页，共73页，2023年，2月20日，星期一固态继电器驱动电路

固态继电器SSRSolidStateRelay是一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电子技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取代电磁继电器之势。第22页，共73页，2023年，2月20日，星期一

固态继电器SSR是一个四端组件，有两个输入端、两个输出端，其内部结构类似于图3-7-7中的晶闸管输出驱动电路。图3-7-8所示为其结构原理图，共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在输入与输出之间起信号传递作用，同时使两端在电气上完全隔离；控制触发电路是为后级提供一个触发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导通；电子开关电路用来接通或关断直流或交流负载电源；吸收保护电路的功能是为了防止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误动作或损害，一般由RC串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路是为交流型SSR过零触发而设置的。第23页，共73页，2023年，2月20日，星期一图3-7-8SSR结构原理及符号第24页，共73页，2023年，2月20日，星期一

SSR的输入端与晶体管、TTL、CMOS电路兼容，输出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只要在输入端施加一定的弱电信号，就可以控制输出端大电流负载的通断。

SSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型SSR和交流型SSR。直流型SSR内部的开关组件为功率三极管，交流型SSR内部的开关组件为双向晶闸管。而交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两种，其中应用最广泛的是过零型。第25页，共73页，2023年，2月20日，星期一过零型交流SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后，也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。移相型交流SSR的断开条件同过零型交流SSR，但其导通条件简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导通。

直流型SSR的输入控制信号与输出完全同步。直流型SSR主要用于直流大功率控制。一般取输入电压为4~32V，输入电流5~10mA。它的输出端为晶体管输出，输出工作电压为30~180V。

第26页，共73页，2023年，2月20日，星期一

交流型SSR主要用于交流大功率控制。一般取输入电压为4.32V，输入电流小于500mA。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在1A到几百A范围内，电压多为380V或220V。图3-7-9为一种常用的固态继电器驱动电路，当数据线Di输出数字“0”时，经7406反相变为高电平，使NPN型三极管导通,SSR输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备RL。

第27页，共73页，2023年，2月20日，星期一第28页，共73页，2023年，2月20日，星期一

非过零型导通时间立即导通过零型导通时间过零型导通时间关断时间相同，在过零时交流电源波形控制信号SSR两端的电压在导通时为0。非过零型SSR，加上控制信号便导通交流SSR输出波形如下图所示第29页，共73页，2023年，2月20日，星期一

当然，在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选用固态继电器的额定工作电流与额定工作电压时，一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路与参数请参考生产厂家有关手册。第30页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路电动机控制技术概述电动机是被广泛应用的原动机电动机的控制要求越来越高：启、停、逆转快速，调速快、准。电动机控制器的发展：电机控制元件经历了从交流放大器到磁放大器、可控离子变速器、可控硅、计算机控制。计算机控制又分为微机控制系统、单片机控制装置和专用控制板卡等，并且采用了复杂的控制算法。脉冲宽度调制技术，在直流小功率电动机调速中已经成熟，在直流中、小功率方面正在迅速取代可控硅SCR直流调速系统，但在交流和大功率电动机调速方面尚属研究中。电动机调速的发展趋势：微型化、智能化、一体化，即将以微型计算机（单片机）为核心的控制器做到电动机上。第31页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（1）本部分主要内容1、小功率直流电动机调速原理2、开环脉冲宽度调速系统3、脉冲宽度调速系统设计4、闭环脉冲宽度调速系统5、交流电动机控制接口技术第32页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（2）一小功率直流电动机调速原理

脉冲宽度调制（PulseWidthModulation）PWM原理小功率直流电动机由转子和定子组成，定子可以是磁极或励磁绕组。

其转速与加在转子电枢上的电压Ua有关，Ua↑→转速V↑；所加电压极性改变，则电动机反转。据此原理，通过改变电动机电枢电压接通和断开的时间比（即占空比）来控制电动机的转速，这种方法就称为脉冲宽度调制PWM。

脉宽调制转速公式（平均转速）：Vd=Vmax*

D

Vd----电动机平均转速Vmax全通电时速度（最大）

D=t1/T----占空比，t1是通电时间，T是脉宽周期。D≤1。

Vd∝D，与单纯的周期T无关Vd与D的关系如下页图所示第33页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（3）定子绕组及产生的磁场转子电枢第34页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（4）

Vd与D只是近似的线性关系，与单纯的周期T无关（与步进电机的调速脉冲不同，步进电机的转速与脉冲频率成正比）。在D不变的情况下，T越小，电机转速越平稳。 第35页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（5）二开环脉冲宽度调速系统1、开环脉冲宽度调速系统的组成由五部分组成：

（1）占空比D的设定1）用电位器调节、2）用拨码开关、3）用数字键盘

（2）脉冲宽度发生器软件编程

（3）驱动器TTL放大电路

（4）电子开关用晶体管、场效应管、可控硅、继电器

（5）电动机第36页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（6）

2、电动机控制接口上图中的第3、4两部分即为接口部分。直流电机与微机的接口有以下4种方法：

（1）光电隔离器+大功率场效应管

适用于自己开发的系统，价格低

（2）固态继电器适用于自己开发的系统，价格低

（3）专用接口芯片如L290、L291、L292等，价高、但可靠

（4）专用接口板如7501、7502，主要用于STD或PC机系统 如用单片机控制，即可产生并输出调制脉冲，再加上光电隔离器+大功率场效应管，或者加上固态继电器就构成了接口部件和脉宽调速控制器。第37页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（7）三脉冲宽度调速系统设计

一、脉宽占空比设计由脉宽调制转速公式：Vd=Vmax*D电动机平均转速Vd、全通电时速度Vmax已知，对于给定的平均转速Vd，便可计算出占空比D。占空比D=t1/T，t1是通电时间，t2是断电时间。脉宽周期T=t1+t2

1、软件计数法

设单位时间（t0）计一个数，则通电时间t1计数N1=t1/t0，断电时间t2计数N2=t2/t0，在脉冲输出端，输出高电平计数N1，输出低电平计数N2，并让输出端如此循环输出即可。2、硬件计数法用硬件计数器计数，分别输出高电平和低电平，也如此循环输出即可。第38页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（8）二、电动机转动控制原理正转：SW1、SW4闭合反转：SW2、SW3闭合刹车：SW2、SW4闭合 （或SW1、SW3闭合）滑行：SW1、SW2、SW3、SW4全部断开

第39页，共73页，2023年，2月20日，星期一三、电动机控制接口电路

控制数据运转状态开关状态PA1PA0SW1SW2SW3SW410正转100101反转011011刹车010100滑行0000双向控制电动机工作状态真值表PA0、PA1为0时，SW1、SW3才有可能导通SWx状态：PA0、1为1时导通，为0时截止SWx用的是场效应管PB0---PB7：设置脉冲宽度，即方波的占空比74LS125：四总线三态缓冲器第40页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路四、控制系统的软件设计1、流程图（右图）2、汇编程序

设定占空比（或转速）通电时间断电时间第41页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（11）为了提高电动机脉冲宽度调速系统的精度，通常采用闭环脉冲宽度调速系统。

闭环系统是在开环系统的基础上增加了电动机的速度检测回路，意在将检测到的速度与给定值比较，并由数字调节器（PID）进行调节。其原理框图如左图所示。四闭环脉冲宽度调速系统

第42页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（12）

一、测速发电机

1、测速发电机的工作原理测速发电机是一种将转子转速转换成电信号的装置。根据结构及工作原理的不同，分为直流和交流测速发电机。

测速发电机的工作原理：用被控制的电动机，带动测速发电机的转子在定子所形成的磁场中旋转，转子绕组切割磁力线，便产生了感应电动势，即有电压。转速越高，电压越高。电压便与电动机的转速成正比，由此得到电动机的转速信息。

测速发电机的特点是分辨率较高，价格较低。第43页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（13）

2、直流闭环脉冲宽度调速系统原理图第44页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（14）二、数字式转速传感器数字式转速传感器，是把旋转轴的转速直接转换成数字量的一种装置。计算机控制系统最常用的是码盘式转速传感器。下图为增量式和绝对式码盘。第45页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（15）

1、增量式码盘的工作原理增量式码盘的脉冲输入到计算机的计数器，其转速公式为：

nm=60*Nc/n/t1（转/分） 式中：nm----转速，单位为r/min Nc----在t1时间内测得的脉冲数 n----码盘上一周的缝隙数 t1----测速时间，单位为秒 Nc/n：为在t1时间内码盘转的总圈数第46页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（16） 2、绝对式码盘的工作原理有数字的方格示透光，无数字的方格示不透光，透光的地方经光敏元件输出1，不透光的地方经光敏元件输出0。每一个位圈需要一个光敏元件，8个位圈需要8个光敏元件，可以计数256。8位光敏元件输出的数据，可以直接接到计算机的数字量输入端口。每隔一段时间读一次数据，两次的数据差除以码盘上的缝隙数，即为转的圈数。转速=两次的数据差/码盘上外圈的缝隙数/时间111111111188888888123456789101112131415161718192022222222224444444441616161616转速仍然可以用前面的公式，Nc理解为数据差D0位圈D1位圈D2位圈D3位圈D4位圈最外圈有数字的格为透光总格数第47页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（17）五交流电动机控制接口技术

1、交流电动机的调速正在研究发展中交流电动机的调速比较复杂，是一个非常活跃的领域，有待进一步研究和开发。此处作简单介绍。

2、交流电动机调速的的特点

1）电流作正反两个方向流动；2）电压较高（220V---380V）需要加光电隔离，常用交流固态继电器。

3、采用固态继电器与交流伺服电机的接口电路第48页，共73页，2023年，2月20日，星期一直流电动机驱动接口电路（18）

3、采用固态继电器与交流伺服电机的接口电路

PC0=1，PC1=0，A相导通，电动机正转。

PC0=0，PC1=1，B相导通，电动机反转。

PC0=0，PC1=0，A相与B相均关闭，电动机不运转。

R4与电容C的作用是消除伺服电机关断时的浪涌电压。

光敏电阻R2和电阻R3的作用是组成过零检测电路，产生双向触发脉冲。第49页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路概述---步进电机的特点及应用

步进电机运转精度高旋转单位是“步”，一步的最小转角可以小到0.36度（最大转角达到90度）。步进电机若前进一定的步数，然后再后退相同的步数，则可精确的回到原来的位置。

步进电机启、停速度快能够在“一刹那”间使步进电机启动或停止，在快速启停时不会失掉一步。一般转速为200---1000步/秒。

步进电机在定位场所得到了广泛的应用如：在绘图仪、打印机、扫描仪、复印机等设备及光学仪器中应用。其定位不需要位移传感器测定位置。 本节内容1、步进电机工作原理2、步进电机控制系统原理3、步进电机与微机的接口及程序设计4、步进电机步数及速度的计算方法5、步进电机的变速控制第50页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（2）一步进电机的工作原理步进电机实际上是一个数字/角度转换器。其结构如下图所示（是一个三相步进电机）。

1、结构1）定子是磁极，相对着的是一对（三相步进电机有三对磁极），每个磁极外形是均匀的5个矩形小齿。2）转子转子上无线圈，外形是分布均匀的40个矩形小齿，相邻两齿的夹角为9度。第51页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（3）

2、工作原理

定子各相（AA’、BB’、CC’）相差120度依次单独通电，则定子所产生的磁场按AA’、BB’、CC’、AA’、BB’、……顺序旋转。

转子旋转原理

AA’上通电时为了构成闭合的磁力线、并且使磁阻最小，转子上的齿要与定子AA’上的齿对齐。设转子与定子A相中间的齿相对的齿记为0号齿。

BB’上通电时为了构成闭合的磁力线、并且使磁阻最小，转子上的齿也要与定子BB’上的齿对齐。转子上与定子B相中间应该对齐的齿号为120°/9°=13.33，不是整数，即转子与定子上的齿未对齐，则磁阻大，为减小磁阻，转子要旋转。第13、14号齿距离B相中间的角度分别为3°和6°，因此13号齿顺时针旋转3°与定子齿对齐。第52页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（4）

CC’相通电同样的道理，转子仍然顺时针旋转3°。定子按A→B→C→A→B→……通电时，则转子按顺时针方向旋转。

步距角每步的转角为3°，即步距角为3°。

通电一周的旋转角度按照A→B→C→A顺序通电一周，则转子旋转9°。

反转方法

若通电顺序反过来，按C→B→A→C通电，则转子旋转方向相反。

3、步距角Qs计算公式

Qs=360°/(N*Zr)式中：Zr为转子齿数；N=Mc*C为通电一周的拍数，叫运行拍数。其中Mc为绕组相数；C为状态数，采用（单、双）三拍时C=1，采用（单、双）六拍时C=2。如三相三拍，步距角为3°；三相六拍，步距角为1.5°。括号内为每转一圈的步数第53页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（5）二步进电机控制系统原理典型的步进电机控制系统如下图所示，主要有三部分组成。

步进控制器由缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑、正反控制门等组成。步进控制器线路复杂、成本高。

计算机控制系统用软件编程代替了步进控制器，可靠、成本低、控制方便，应用广泛。第54页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（6）典型的微机控制步进电机原理系统如下图所示计算机控制步进电机需要解决的问题：1）脉冲序列的产生2）方向控制3）程序设计第55页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（7）

1、脉冲序列的生成脉冲序列如右图所示

1）脉冲周期的实现

脉冲周期=通电时间+断电时间。

通电时，计算机输出高电平使开关闭合；断电时，计算机输出低电平使开关断开。

通电和断电时间的控制，可以用定时器，也可以用软件延时。

周期决定了步进电机的转速；占空比决定了功率。

2）脉冲高度脉冲高度决定于元器件，对TTL电平为0---5V，对CMOS电平一般为0---10V。常用的接口电路多为0---5V。第56页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（8）2、方向控制常用的步进电机有三相、四相、五相、六相。旋转方向与内部绕组的通电顺序有关。以三相步进电机为例

三相步进电机有三种工作方式：

1）单三拍，通电顺序为→A→B→C→

2）双三拍，通电顺序为→AB→BC→CA→

3）单双交替六拍，通电顺序为→A→AB→B→BC→C→CA→

若按上述通电顺序为正转，则反向通电步进电机反转。关于四相、五相、六相步进电机的通电方式与此相似，从略。第57页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（9）三种控制模型1、三相单三拍步序控制位通电状态控制数据PC2/C相PC1/B相PC0/A相1001A01H2010B02H3100C04H步序控制位通电状态控制数据PC2/C相PC1/B相PC0/A相1011AB03H2110BC06H3101CA05H2、三相双三拍第58页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（10）步序控制位通电状态控制数据PC2/C相PC1/B相PC0/A相1001A01H2011AB03H3010B02H4110BC06H5100C04H6101CA05H3、三相六拍第59页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（11）三步进电机与微机的接口及程序设计

1、步进电机与微机的接口电路

1）接口电路之一----无光电隔离

PCx=0导通，对应绕组通电PCx=1截止，对应绕组断电（与前面表中所述相反）大功率复合管，起开关作用。为达林顿管第60页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（12）

2）接口电路之二----有光电隔离

PCx=1导通，对应绕组通电PCx=0截止，对应绕组断电（与前面表中所述相同）第61页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（14）

2、步进电机程序设计为四相步进电机其控制设计为四相双四拍Dx=1时对应绕组通电D0D1D2D3BABBBCBDABCDL0L1L2L3第62页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（15）通电顺序为：→AB→BC→CD→DA→步序控制位通电状态控制数据D3/D相D2/C相D1/B相D0/A相10011AB03H20110BC06H31100CD0CH41001DA09H四相四拍控制设计表第63页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（16） 程序流程图如右图所示。开始读取开关K1状态高电平吗？从D0D1输出高电平其余位输出低电平延时从D1D2输出高电平其余位输出低电平延时从D2D3输出高电平其余位输出低电平延时从D3D0输出高电平其余位输出低电平延时从D3D2输出高电平其余位输出低电平延时从D2D1输出高电平其余位输出低电平延时从D1D0输出高电平其余位输出低电平延时从D0D3输出高电平其余位输出低电平延时正转Y反转N第64页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（17）四步进电机步数及速度的计算方法对步进电机的控制，步数控制的目的是精确地到达指定的位置；速度的控制是通过单位时间的步数实现的，主要是计算相邻两个脉冲之间的时间。

1、步进电机步数的确定

由给出的转角或位移量，计算出步数。

1）转角与步数的关系如：用步进电机带动一个能够旋转10圈的电位器来调整电压，假定调节范围是0---10V，现在要求把电压从2V升到2.1V，计算旋转的步数N。

先计算需要转过的角度X

X=（2.1－2）*（（360*10）／10）＝36°若用三相三拍方式控制，其步距角为3°，所以步数N为N=36/3=12（步）括号内为每1伏电压转过的角度第65页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（18）

2）同理可以求出位移量与步数之间的关系

先计算每转一圈的位移量，再计算每一步的位移量，最后算总步数。2、步进电机速度的确定步进电机速度控制的方法就是控制脉冲之间的时间间隔。只要速度给定，便可计算出脉冲之间的时间间隔。如要求步进电机2秒钟转10圈，则每一步需要的时间T为

T＝每圈时间／每圈的步数＝（2000ms/10）／（N*Zr）＝200ms／（3*2*40）＝833μs只要在输出一个脉冲后延时833μs，即可满足速度之要求。括号内为每一圈的步数N=Mc*C三相六拍第66页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（19）五步进电机的变速控制

1）必须要变速运行步进电机在启动和停止过程时的速度应该比正常运转时的速度低，特别是刚启动和最后停下来时，速度应该更低，否则由于惯性步进电机会出现“失步”（多走了步或少走了步），失去其精确性。为确保步进电机运行的精确性和快速，必须变速运行。

2）变速原理在启动过程脉冲周期由长（频率低）变短，使步进电机转速缓慢上升到正常运转时的速度；在停止过程脉冲周期由短变长，使步进电机转速从正常转速缓慢下降至0。变化时间约0.1---1s。正常运转时脉冲周期要短（频率高），速度要高。右图为变速运行控制脉冲频率变化曲线。第67页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（20）

1、变速方法之一----改变控制方式如在三相步进电机中，启动或停止时，用三相六拍控制，大约经过0.1s后改为三相三拍控制。

2、变速方法之二----改变脉冲时间间隔控制刚启动时脉冲间隔长，启动过程脉冲间隔均匀变短，直到速度达正常值；停止时，在停止过程脉冲间隔均匀变短，直到停止。DELY:PUSHBXPUSHCX MOVBX,100;延时子程序DELY1: MOVCX,10000 LOOP$ DEC BX JNZDELY1 POPCX POPBXRETDELY:PUSHBXPUSHCX MOVBX,NUM;延时子程序DELY1: MOVCX,10000 LOOP$ DEC BX JNZDELY1 POPCX POPBXRET第68页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（21）变延时程序段： NUM DB 120

启动时NUM值不断减小，直至到1：

DEC NUM停止时NUM值不断增大，直至到120：

INC NUM

3、变速方法之三----用定时器改变脉冲时间间隔控制如用8253定时，启动时，初值不断减小，使脉冲频率不断增加；停止时，初值不断增大，使脉冲频率不断降低。DELY:PUSHBXPUSHCX MOVBX,NUM;延时子程序DELY1: MOVCX,10000 LOOP$ DEC BX JNZDELY1 POPCX POPBXRET第69页，共73页，2023年，2月20日，星期一步序控制位工作状态控制数据P1.3/D相P1.2/C相P1.1/B相P1.0/A相10011AB03H20110BC06H31100CD0CH41001DA09H3、四相四拍第70页，共73页，2023年，2月20日，星期一步进电动机及驱动电路（16）