1、微机原理及接口技术第8章 基于总线的I/O接口设计,8.1 基于ISA总线的I/O接口设计8.1.5 步进电机接口,2,8.1.5 步进电机接口,控制信号 机械动作 电机,交流电机直流电机步进电机：一步一步转动,连续转动,3,步进电机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机。主要优点：步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响，仅与脉冲个数、脉冲频率有关。每转一周有固定的步数，在不失步的情况下运行，其步距误差不会长期积累 精度高、定位准确。适合于在数字控制的开环系统中作为驱动电机。主要缺点：效率低，需配适当的驱动电源。带惯性负载的能力不强。,8.1.5 步进
2、电机接口 1、步进电机的基本工作原理 （一）概述,4,特点来一个脉冲，转一个步距角。控制脉冲频率，可控制电机转速。改变线圈的通电顺序，即可改变旋转方向。种类：励磁式、反应式（磁阻式）励磁式步进电机：转子上有励磁线圈。反应式步进电机：转子上没有励磁线圈，应用广泛。应用：非常广泛。如：在数控机床、打印机、绘图仪、扫描仪、磁盘驱动器等设备中都得到应用。,8.1.5 步进电机接口 1、步进电机的基本工作原理 （一）概述,5,8.1.5 步进电机接口 1、步进电机的基本工作原理 （二）三相反应式步进电机的工作原理,6,1. 结构：步进机主要由定子和转子两部分构成。它们均由磁性材料构成，其上分别有六个、四
3、个磁极 。,定子,转子,定子绕组,7,定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。,IA,IB,IC,8,2. 工作方式,步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相双三拍、三相单双六拍等。,“三相”：步进电机的相数；“单”：每次只给一相绕组通电；“双”：每次同时给二相绕组通电；“三拍”：定子控制绕组共改变三次通电方式， 完成一个循环。,9,2. 工作方式,步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。,1）三相单三拍（1相激磁方式）, 三相绕组联接方式：Y 型,10, 工作过程,化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。,A
4、相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁,A相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。,11,同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；C相通电再转30。,12,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，所以称三相单三拍。,三相单三拍的特点：,（1）齿距角：t 360/Zr 90步距角：S t / 3 90,（2）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；转速取决于控制绕组通电方式改变的频率。,定子控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍；此时电机转过的空间
5、角度称为步距角。,/ 3,齿数,拍数,13,2）三相双三拍（2相激磁方式）,三相绕组的通电顺序为： AB BC CA 共三拍。,AB通电,BC通电,14,工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转30，即 S = 30。,CA通电,15,3）三相单双六拍（1-2相激磁方式）,三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCA 共六拍。,工作过程：,A相通电，转子1、3齿和A相对齐。,16,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15。,（1）BB 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。,A、B相同时通电,（2）AA 磁场继续对1、3齿有拉力。,17,总之
6、，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角S t / 6 90 ，为15。,B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。,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。,/ 6,18,f：电脉冲的频率,转速,步距角：步进机通过一个电脉冲，转子转过的角度。,m：一个周期的运行拍数Zr：转子齿数,如：Zr = 4 , m = 3 时，,步距角,“控制绕组相数”1或2,（rpm）,19,步进电机的激磁方式：1相激磁方式：电源功耗小，高速时易失步， S 30三相单三拍：按AB C A顺序通电。（四相：A B C D A ）定子控制绕组每改变一次通电方式，称为
7、一拍。,8.1.5 步进电机接口 1、步进电机的基本工作原理 （二）激磁方式总结,20,步进电机的激磁方式：2相激磁方式：电源功耗大，不易失步， S 30三相双三拍：按 AB BC CA AB 顺序通电。（四相：AB BC CD DA ）,8.1.5 步进电机接口 1、步进电机的基本工作原理 （二）激磁方式总结,（或相反）,21,步进电机的激磁方式：1-2相激磁方式：每次走的角度是、的一半， S 15三相单、双六拍运行方式：按 AABBBCCCA 或相反顺序通电。,8.1.5 步进电机接口 1、步进电机的基本工作原理 （二）激磁方式总结,22,步进电机的激磁方式：1-2相激磁方式：每次走的角度
8、是、的一半， S 15四相：AABBBCCCDD DA,8.1.5 步进电机接口 1、步进电机的基本工作原理 （二）激磁方式总结,23,8.1.5 步进电机接口 1、步进电机的基本工作原理 （三）控制框图,变频信号源,脉冲分配器,功率放大器,步进电机,负载,指令,方向控制,24,脉冲分配器：移位寄存器单片机专用IC放大电路：三极管专用IC,8.1.5 步进电机接口 2、脉冲分配器及驱动放大电路 1）脉冲分配器,25,74LS194：四位双向通用移位寄存器,8.1.5 步进电机接口 2、脉冲分配器及驱动放大电路 1）脉冲分配器,右移补充位(左)左移补充位(右)功能选择0功能选择1复位/清零时钟,
9、要装载的数据,移位寄存器输出,电源、地,26,74LS194：四位双向通用移位寄存器,8.1.5 步进电机接口 2、脉冲分配器及驱动放大电路 1）脉冲分配器,表8.7 脉冲分配器模式控制表,27,8.1.5 步进电机接口 2、脉冲分配器及驱动放大电路 1）脉冲分配器,图8.42 2相激磁的脉冲分配器电路,S1S010,S1S001,S1S011,2相激磁方式（4相双4拍）,28,利用单片机构成智能脉冲分配器：改变延时时间 改变脉冲频率利用移位的方法产生脉冲：1相激磁：0001 00012相激磁：0011 00111-2相激磁：交替移位输出0001 00010011 0011,8.1.5 步进电
10、机接口 2、脉冲分配器及驱动放大电路 1）脉冲分配器,图8.43 由8039构成的 智能脉冲分配器,29,利用专用IC构成脉冲分配器：TD62803P,8.1.5 步进电机接口 2、脉冲分配器及驱动放大电路 1）脉冲分配器,图8.44 脉冲分配器 TD62803P 引脚定义,正转/反转,激磁方式控制,3相/4相,初始状态检出,输出允许,时钟输出,时钟输入(正),复位,时钟输入(反),高有效,30,放大电路：三极管、专用IC【例】利用三极管：线路简单，功率元件少，成本低。效率低，只适用于小功率步进电机。,8.1.5 步进电机接口 2、脉冲分配器及驱动放大电路 2）驱动放大电路,31,8.1.5 步进电机接口3、步进电机控制接口实例,图8.45 步进电机控制接口实例,压控振荡器,INTR,32,8.1.5 步进电机接口3、步进电机控制接口实例,程序：0001000174LS273，保持100ms（10步/s），循环左移（正转）/ 循环右移（反转），再写74LS273。,
