一种小功率步进电机驱动电路的设计与实现

  一种小功率步进电机驱动电路的设计与实现 第 l6卷第2期 2005年 o4月 中原工学院学报 JOURNAL OF ZItONGYUAN INSTITUTE OF TF／UItNOLOGY Vo1．16 No．2 Apr．，20O5 文章编号：1671—6906(2005)02—0037—03 一 种小功率步进电机驱动电路的设计与实现 苏义鑫，杨长圣，李 鹏 (武汉理工大学 自动化学院，湖北 武汉 430070) 摘 要： 步进电机驱动电路的核心部分是环行脉冲分配器．本文给出了一种两相永磁式步进电机驱动电路的设计方 案...

  第 l6卷第2期 2005年 o4月 中原工学院学报 JOURNAL OF ZItONGYUAN INSTITUTE OF TF／UItNOLOGY Vo1．16 No．2 Apr．，20O5 文章编号：1671—6906(2005)02—0037—03 一 种小功率步进电机驱动电路的

  与实现 苏义鑫，杨长圣，李 鹏 (武汉理工大学 自动化学院，湖北 武汉 430070) 摘 要： 步进电机驱动电路的核心部分是环行脉冲分配器．本文给出了一种两相永磁式步进电机驱动电路的设计方 案．它包括基于 E-PROM和可逆计数器构成的环行脉冲分配器以及由驱动芯片 L9110构成的外围电路．该电路结构相对比较简单， 可靠性高，可与单片机直接连接，对两相永磁式步进电机具有非常好的驱动和控制能力． 关 键 词： 两相步进电机；驱动电路；环形脉冲分配器；可逆计数器 中图分类号： TM383．6 文献标识码： A 步进电机是数字控制管理系统中的一种重要执行元 件，大范围的应用于各种控制管理系统中．步进电机的驱动电路 一 般由两部分所组成，一部分是数字逻辑部分，即环行脉 冲分配器，它决定步进电机各项绕组的通电顺序．另一 部分是功率放大部分，它提供步进电机所需要的功 率L1j．步进电机的控制能够使用分立元器件和专用控 制器件 J．采用分立元器件控制电路复杂；利用专用控 制芯片控制虽然电路简单，但仅适用于某一种相数的 步进电机，而利用 E PROM实现步进电机的控制，则电 路简单且适用于各种相数的步进电机，本文给出了一 种基于 E PROM的小功率两相永磁式步进电机驱动电 路的设计与实现

  ． 1 系统组成 刀 ． 两相永磁式步进电机控制管理系统的框图如图 1所 脉冲 永 鱼 环 功 磁 形 盛 式 片 分 驱 步 方向 配 动 进 机 器 器 电 机 图 1 步进电机控制管理系统的框图 收稿 日期 ：2005—03—17 作者简介：苏义鑫(1965一)，男，湖北仙桃人，教授 1．1 永磁式步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机 构 3．当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步 进电机按设定的方向转动一个固定的角度(步距角)， 它的旋转是以固定的角度一步一步运行的．能够最终靠 控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的 目的；同时可以经过控制脉冲频率来控制电机转动的 速度和加速度，进而达到调速的目的．永磁式步进电机 一 般为两相，转矩和体积较小．本文选用 24BYJ24两相 永磁式步进电机，它的驱动电压为 8 V，步距角度为 11．25／16，减速比为 1：16． 1．2 基于 E2PROM的环行脉冲分配器 步进电机和驱动电源是一个有机整体，其运行性 能是两者配合的综合表象．步进电机的驱动电源受环 形脉冲分配器的控制，并按通电顺序接通绕组，因此环 形脉冲分配器是控制步进电机的关键部件L4J． E PROM存储器是一种电可擦除的可编程只读存 储器，这种存储器各地址的内容可以由使用者 自行编 程．用这种 E2PROM可以搭成各种环行分配器，其基本 思想是 J：首先结合驱动器线路按步进电机励磁状态 转换表求出所需要的环行脉冲分配器输出状态表(输 出状态表与状态转换表相对应)，以二进制码的形式依 次存入 E2PROM存储器中，在线路中只要按照地址的 正向或反向顺序依次取出地址的内容，则 E PROM的 维普资讯 · 38· 中原工学院学报 2O05年 第 l6卷 输出端即依次输出各励磁状态，用这种 E PROM搭成 的环行分配器的原理框图如图 2所示 ． 脉 冲 方 向 清零 方式 图 2 含有 E2PROM的环形分配器 它由两部分组成，前一部分是一种可逆循环计数 器，计数脉冲端即是控制电机运行的CP脉冲输入端， 计数器的加减控制端即是作为控制电机正反转的方向 控制端，如果高电平时计数器加计数，电动机正转，低 电平时计数器则减计数，电动机反转．计数器的计数长 度应等于电动机运行一个周期的拍数或拍数的整数 倍．计数器的输 出端接到 E PROM地址线上，并使 E PROM总是处于读状态，这样，对应计数器每一个输 出状态，都对应计数器的一个地址，输出端数据线上就 会出现该地址的内容，实际上也就是对应步进电机的 一 种励磁状态．我们事先按电动机励磁状态转换表的 次序依次设计出驱动器各相输入端对应的输入状态， 并存人存储器中．简单地说，存储器存人一个环行分配 器输出状态表．计数器每输入一个脉冲，计数器计一个 数，计数器输出计数值的二进制码，该数值选通存储器 的一个地址，存储器输出一个数据，即是环形脉冲分配 器的一个状态．如果计数器执行加法计数，则存储器按 地址递增方向依次取出状态表的内容；反之，计数器执 行减法计数，则存储器按地址递减的方向取出状态表 的内容，从而控制步进电机的正反转． 1．3 驱动芯片 L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式 功率放大专用集成电器器件，将分离电路集成在单片 IC中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高．该芯片 有两个 11 CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干 扰性；两个输出端直接驱动电机的正反转，它具有较大 的电流驱动能力，每通道能通过 750 800 mA的持续 电流，峰值电流能力可达 1．5 2．0 A；同时它具有较低 的输出饱和压降；内置的反向冲击电流，使它在驱动继 电器、直流电机、步进电机和开关功率管的使用上安全 可靠． 2 硬件电路 根据前面所介绍的设计思想，设计了24BYJ24的 驱动电路，原理图如图3所示． VCC +8V 图 3 两相永磁式步进电机驱 动电路图 它由可逆计数器 74LS191，电可擦除的可编程只 读存储器 AT28C64B，驱动芯片 L9110组成，脉冲和方 向输入信号由单片机发出．两相永磁式步进电机的供 电状态有两种，一种为两相四拍式，其通电方式为A— B—A—B，另一种为两相八拍方式，其通电方式为 A— AB—B—BA—A—AB—B—BA，本文电路采用两项八 拍通电方式．输入脉冲数与绕组通电的对应关系列于 表 1中，E2PROM的地址从 0000H开始．1代表高电平， 磁极绕组通电，0代表低电平，磁极绕组不通电． 表 1 输入脉冲数与绕组通电对应关系表 脉 E2PROM地址 存储单元的数据 葬二 二二 数 A3A2AlAo Q3Q2Ql 各相绕组通电情况： 1一通电 二不通电 BBAA 从图3可知，计数器的4个输出端 QA，QB，Qc，QD 对 E2PROM的低四位地址线个单元可以存放步进电机的 16种励磁状态， 对两相步进电机的八拍式可以存放两组励磁状态数 据．当可逆计数器的D／J信号端输人为高电平时，可逆 计数器进行加法计数，当可逆计数器的输出为 00H 时，由它选中AT28C64B的地址单元，输出01H，去驱动 L9110芯片的H桥，使步进电机的 A相通电．当CP端 的第一个 脉冲到时，可逆计 数器加 1计 数，选 中 E PROM的 0001H地址单元，输出09H，步进电机的A 相和B相通电．以此类推，根据表 1依次导通步进电机 维普资讯 第2期 苏义鑫等：一种小功率步进电机驱动电路的设计与实现 -39· 的不同相，实现步进电机的正转．同理，当 D／J输入信 号为低电平时，可逆计数器进行减法计数，通过连续给 CP端发送脉冲可以实现步进电机的反转．同时我们还 能够最终靠控制脉冲的发送频率来控制步进电机的转 速；经过控制步进脉冲的个数，实现步进电机的定位． 3 步进电机驱动控制子程序

  根据图3可画出步进电机控制子程序流程图如图 4所示．当 D／J=0时，连续给环形脉冲分配器脉冲时 可实现步进电机反转运行；当 D／J=1时，连续给环形 脉冲分配器时可实现步进电机的正转运行；且正反转 的速度与所给脉冲的频率成正比关系． 4 结 语 本文所设计的步进电机驱动电路结构相对比较简单，可以 与微机直接接口，且接口简单只需要脉冲输入和方向 输入两个控制信号，节省了软硬件开发时间．由于使用 图 4 步进电机控制子程序流程图 了 Lgl10驱动芯片，将四路控制信号集中在两片芯片 上，减少了硬件的体积，提高了系统的可靠性．同时该 系统调试方便，有利于系统运行维护，具有非常好的应用 前景，在数字式汽油发电机组，机器人控制等方面有较 好的应用前景． 参考文献： [1] 李秀人，张建中．用EPROM设计的步进电机驱动电源的数字逻辑[J]．沈阳航空工业学院学报，1995，12(4)：49—52 [2] 王鸿钰．步进电机控制技术入门[M]．上海：同济大学出版社，1990． [3] 张崇巍，李汉强．运动控制管理系统[M]．武汉：武汉理工大学出版社，20O2． [4] 高 扬，徐景硕．用 EPROM实现步进电机的控制[J]．仪表技术，2001，6(3)：47—48． [5] 刘宝延．步进电动机及其驱动控制管理系统[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997． The Design and Implement of a Low Power Stepping Motor’S Driving Circuit SU Yi—xin，YANG Chang—sheng，LI Peng (School of Automation，Wuhan University of Technology；Wuhan 430070，China) ． Abstract： The kernel of a stepping motor driver circuit is the ring pulse distributor．A design scheme of two-phase step motor’s driving circuit is presented in this paper．Th e circuit includes the ring pulse distributor based on E2PROM and re— versible counter and a periphery driving chip L9110．Th e circuit is simple and reliable，it can be directly connected with MCU and the interface with MCU is very simple，and it Can drive and control the two-phrase stepping motor wel1． Key words： t、vo-phase stepping motor；driving circuit；ring pulse distributor；reversible counter 维普资讯

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