當(dāng)前位置:首頁(yè) > 電源 > 功率器件
[導(dǎo)讀] 0 引 言 步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)控制中應(yīng)用十分廣泛的一種電動(dòng)機(jī),它能將數(shù)字信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成角位移或線(xiàn)位移,驅(qū)動(dòng)速度和指令脈沖能?chē)?yán)格同步,具有較高的定位精度,控制系統(tǒng)成本低廉,在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

 0 引 言
    步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)控制中應(yīng)用十分廣泛的一種電動(dòng)機(jī),它能將數(shù)字信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成角位移或線(xiàn)位移,驅(qū)動(dòng)速度和指令脈沖能?chē)?yán)格同步,具有較高的定位精度,控制系統(tǒng)成本低廉,在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。這里針對(duì)電磁干擾較強(qiáng)以及要求低成本應(yīng)用的場(chǎng)合,采用超強(qiáng)抗干擾、小巧低功耗的工業(yè)級(jí)STC12C系列單片機(jī),充分利用單片機(jī)內(nèi)部的硬件資源,設(shè)計(jì)實(shí)用的步進(jìn)電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)功能原理示意圖如圖1所示。

在該系統(tǒng)中由單片機(jī)直接輸出電機(jī)的各相控制脈沖序列,光耦進(jìn)行必要的光電隔離,采用分立元件構(gòu)成功率.MOSFET管驅(qū)動(dòng)電路,帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。鍵盤(pán)接口與 LED顯示功能由具有SPI串行接口功能的ZLG7289實(shí)現(xiàn)。既可使用按鍵輸入的方式精確設(shè)置電機(jī)的工作方式與轉(zhuǎn)速,也可以通過(guò)調(diào)速旋鈕實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié),還能通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)工作方式的調(diào)整與控制。[!--empirenews.page--]

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 控制電路設(shè)計(jì)
    控制芯片采用STC12C4052AD,它是1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī),速度比普通的8051單片機(jī)快8~12倍,有20個(gè)引腳且為小巧封裝。該單片機(jī)具有超強(qiáng)抗干擾,抗靜電的特點(diǎn),能輕松通過(guò)4 kV快速脈沖干擾,其功耗超低,正常工作模式下的典型功耗為2.7~7 mA。芯片自帶硬件看門(mén)狗,具有高速SPI通信端口,8通道8位A/D轉(zhuǎn)換,2路PWM輸出,4 KB容量的FLASH存儲(chǔ)器,256 B容量的SRAM,4個(gè)定時(shí)器,1個(gè)全雙工串行通信口。由于單片機(jī)內(nèi)部的資源豐富,性?xún)r(jià)比高,能夠滿(mǎn)足該設(shè)計(jì)的要求,而且減少了硬件電路的設(shè)計(jì),提高了工作效率。單片機(jī)的外部引腳定義,及其在該設(shè)計(jì)中的資源分布如圖2所示。

    P1.4(ADC4)口外接4.7 kΩ的可調(diào)電位器,利用單片機(jī)內(nèi)部的模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,進(jìn)而控制輸出脈沖頻率,完成步進(jìn)電機(jī)速度的“連續(xù)”調(diào)節(jié)。過(guò)流檢測(cè)的結(jié)果直接引入到外部中斷0,實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的快速控制。[!--empirenews.page--]
2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
    功率MOSFET管的部分驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。該電路的設(shè)計(jì)可改進(jìn)功率MOSFET管的快速開(kāi)通時(shí)間,提高了驅(qū)動(dòng)電流的前后沿陡度,能夠改善高頻響應(yīng)。功率MOSFET管柵源間的阻抗很高,工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)下漏源間電壓的突變會(huì)通過(guò)極間電容耦合到柵極,產(chǎn)生相當(dāng)幅度的VGS脈沖電壓。正方向的VGS脈沖電壓可能會(huì)導(dǎo)致器件的誤導(dǎo)通。為此,需要適當(dāng)降低柵極驅(qū)動(dòng)電路的阻抗,在柵源之間并接阻尼電阻或接一個(gè)穩(wěn)壓值小于20 V,而又接近20 V的齊納二極管,以防止柵源開(kāi)路工作。

    為了抑制功率管內(nèi)的快恢復(fù),二極管出現(xiàn)反向恢復(fù)效應(yīng),在電路中接入4只快恢復(fù)二極管。其中,反并聯(lián)快恢復(fù)二極管的作用是為電機(jī)相繞組提供續(xù)流通路,其余2 只是為了使功率MOSFET管內(nèi)部的快恢復(fù)二極管不流過(guò)反向電流,以保證功率MOSFET管在動(dòng)態(tài)工作時(shí)能起到正常的開(kāi)關(guān)的作用。
2.3 顯示與按鍵處理電路
    在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,典型的鍵盤(pán)顯示接口電路由基于并行擴(kuò)展技術(shù)的8155,8279構(gòu)成控制電路?,F(xiàn)代單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)廣泛采用串行擴(kuò)展技術(shù)。相對(duì)于并行方式,串行擴(kuò)展接線(xiàn)靈活,占用單片機(jī)資源少。
    ZLG7289A是具有SPI串行接口功能的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片,單片即可完成顯示、鍵盤(pán)接口的全部功能。采用串行方式與微處理器通信,數(shù)據(jù)從DIO引腳送入芯片,并由CLK端同步。當(dāng)選信號(hào)變?yōu)榈碗娖胶螅珼IO引腳上的數(shù)據(jù)在CLK引腳的上升沿被寫(xiě)入 ZLG7289A的緩沖寄存器。圖4是ZLG7289的典型應(yīng)用。ZLG7289A連接共陰式數(shù)碼管,應(yīng)用中不需要的數(shù)碼管與鍵盤(pán)可以不連接,省去數(shù)碼管或?qū)?shù)碼管設(shè)置消隱屬性,這均不會(huì)影響鍵盤(pán)的使用。整個(gè)電路無(wú)需添加鎖存器和驅(qū)動(dòng)器,耗電少,軟件設(shè)計(jì)中無(wú)需編寫(xiě)顯示譯碼程序,省去了靜態(tài)顯示擴(kuò)展芯片,大大節(jié)省了CPU的時(shí)間。該電路設(shè)計(jì)中僅采用4×4鍵盤(pán)和4位數(shù)碼管,已完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。[!--empirenews.page--]

3 軟件設(shè)計(jì)
    軟件部分采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制是通過(guò)定時(shí)器工作在中斷方式實(shí)現(xiàn)的。定時(shí)器定時(shí)中斷產(chǎn)生周期性脈沖序列,不是采用軟件延時(shí)的方式,這樣不占用CPU的時(shí)間。CPU在非中斷時(shí)間內(nèi)可以處理其他事件,只有在中斷發(fā)生時(shí)才驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換,采用查表法求出所需的輸出狀態(tài),并以二進(jìn)制碼的形式依次存入單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器中;然后按照正向或反向順序依次取出地址的狀態(tài)字,送給STC12C4052AD,輸出各勵(lì)磁狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的功能。
    程序總體框架包括:主程序、過(guò)流檢測(cè)中斷服務(wù)子程序、定時(shí)器中斷服務(wù)子程序、以及其他子程序(包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)子程序、鍵盤(pán)顯示控制子程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序等),由于篇幅限制,在此不一一敘述。

4 系統(tǒng)測(cè)試
    該系統(tǒng)采用超強(qiáng)抗干擾,小巧低功耗的工業(yè)級(jí)STC12C4052AD單片機(jī)為控制核心,工作可靠性高,抗于擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)測(cè)試在專(zhuān)門(mén)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。利用群脈沖發(fā)生器(EFT-4001)、周波電壓跌落發(fā)生器(VDG-1105)、靜電放電發(fā)生器(ESD-20)以及雷擊浪涌發(fā)生器(SG-5006) 等專(zhuān)用儀器對(duì)系統(tǒng)的電壓變化抗擾度、快速瞬變脈沖群抗擾度、抗靜電和雷擊浪涌等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)功能正常,所有參數(shù)均已達(dá)標(biāo)。

5 結(jié) 語(yǔ)
    電子技術(shù)發(fā)展日新月異,新型單片機(jī)層出不窮。在電機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,如果恰當(dāng)選取單片機(jī)以及各電路模塊的型號(hào),能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程,起到事半功倍的效果。該系統(tǒng)采用STC12C4052AD單片機(jī),其工作方式、轉(zhuǎn)動(dòng)速率及轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入,也可通過(guò)普通旋鈕或上位機(jī)調(diào)節(jié)。鍵盤(pán)顯示模塊采用 ZLG7289實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)具有通用性,適當(dāng)改變輸出口各位控制端,便可控制不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專(zhuān)欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車(chē)的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車(chē)技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車(chē)工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車(chē)。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車(chē) 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶(hù)希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱(chēng),數(shù)字世界的話(huà)語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉