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时间:2018-09-14
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1、课程设计报告课程:基于AVR单片机步进机驱动电路设计姓名:班级:教师:*****大学一、设计名称:基于AVR单片机的步进机驱动电路设计二、步进机简介:步进电机是数字控制电机,是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制。步进机有以下优点:(1)通常不需要反馈就能对位置和转速进行控制;(2)位置误差不会积累;(3)与数组设备兼容,能够直接接受数字信号;(4)可以快速启停。步进电机可分为反应式步进电机(简称VR)、永磁式步进电机(简称PM)和混合式步进电机(简称HB)。此外,按照电
2、动机驱动架构又可分单极性和双极型步进电动机。步进电动机主要有两种工作方式:整步方式和半步方式。以步距角1.8°四相混合式步进电动机为例,在整步方式下,步进电动机每接受一个脉冲,旋转1.8°,旋转一周,需要200个脉冲。在半步方式下,步进电动机每接受一个脉冲,旋转0.9°,旋转一周,则需要400脉冲。本课程设计选择单极3相步进机,单极3相步进机有3个磁激励相,分别用A、B、C表示,每相有一个磁激励线圈。通过控制3个磁激励线圈电流通断的先后时间顺序和通断频率,就可以改变步进电机的旋转方向并控制转速。单极3相步进机工作在整步方式时,即工作在3
3、相3拍时,每拍转动3°,工作在半步方式时,即工作在3相6拍时,每拍转动1.5°。AABCCB图1单极3相步进电机原理图三、设计目的及要求设计目的:1、通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识和掌握,对单片机课程的应用进一步的了解;2、掌握步进电机基本知识,了解单片机对步进机控制的基本原理;3、掌握控制步进机转动编程方法;4、掌握步进机和单片机的接口驱动方法5、通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来,对程序进行编辑,校验。设计要求:1、能对三相步进电动机的转速进行控制。2、能对三相步进电动机的步长进行控制。四、设计原理步进电机区别于
4、其他控制电机的最大特点是,它是通过输入脉冲信号来进行控制的,即电机的总转动角度由输入脉冲数决定,而电机的转速由脉冲信号频率决定。(1)控制步进电机的转向果给定工作方式正序换相通电,步进电机正转,如果按反序通电换相,则电机就反转。(2)控制步进电机的速度给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率,(3)步进电机的步长步进机的步长,即步进机的步距角,步距角是控制系统每发出一个步进机脉冲信号电动机所转动的角度。步进电动机的控制精度与转子的极数和定子的位相成
5、反比,如图2所示。因此当步进机确定之后,步进机的步长尽随步进机工作方式的改变而改变。单极3相步进机工作在整步方式时,即3相3拍时,每拍转动3°,工作在半步方式时,即3相6拍时,每拍转动1.5°。所以步进机要实现步长的改变应工作在3相3拍和3相6拍两种工作方式下。图2步进机的定子与转子示意图(a)3相3拍驱动时序图(b)3相6拍驱动时序图图3 3相步进机控制时序图步进电机的驱动电路根据控制信号工作,控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下图所示:图4步进机控制系统的组成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
6、比为0.3-0.4左右,电机转速越高,占空比则越大.2、信号分配单机三相步进电机有两种工作方式,图3给出了它们的控制时序图。3相3拍其各相通电顺序正转为A-B-C-A-B-C,反转为A-C-B-A-C-B,每拍转动3°.三相六拍的六拍编码为:A,B,C,A,B,C用二进制表示为:0x04,0x02,0x01;3相6拍其各相通电顺序正转A-AB-B-BC-C-CA,反转为A-AC-C-CB-B-BA,每拍转动1.5°。三相六拍的六拍编码为:A,AB,B,BC,C,CA,用二进制表示为:01H,03H,02H,06H,04H,05H,把次代
7、码串,顺序循环发送,步进电机正转,反过来循环发送,步进电机反转。通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C相的通断。3、功率放大功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流。平均电流越大电机力矩越大,要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式,到目前为止,驱动方式一般有以下几种:恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。五、硬件设计步进机硬件原理图如图图5步进机硬件原理图ATmaga16将控制脉冲从PA0~PA2输出,通过限流保护电阻与一片7
8、位达林顿驱动芯片MC1413相连接。当PA0输出高电平‘1’时,MC1413内部对应O0的达林顿管导通,电流从电源正极(+12V)通过步进机A相线圈,经O0端流入地线;输出为低电平‘0’时,MC1413内部
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