步進(jìn)電機(jī)的M16驅(qū)動(dòng)

此程序可驅(qū)動(dòng)五引線步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)按鍵可控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向、三種驅(qū)動(dòng)方式，三種驅(qū)動(dòng)方式分別為：?jiǎn)嗡呐尿?qū)動(dòng)、雙四拍驅(qū)動(dòng)、單雙八拍驅(qū)動(dòng)，其中以單雙八拍驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速最慢。具體聯(lián)接方式在程序中有說(shuō)明。

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* 步進(jìn)電機(jī)的M16驅(qū)動(dòng)程序 *

* 功 能：用M16驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) *

* 實(shí)現(xiàn)三種驅(qū)動(dòng)方式 *

* 單四拍驅(qū)動(dòng)、雙四拍驅(qū)動(dòng) *

* 單雙八拍驅(qū)動(dòng) *

* 聯(lián)接方式：PC0-3分別通過(guò)2803接A-D *

* 步進(jìn)電機(jī)公共端接 5V電源 *

* 建立日期：2008年04月05日 *

* 修改日期：2008年04月06日 *

* 主控芯片：M16 *

* 時(shí)鐘頻率：外部晶體 7.3728MHZ *

* 編 譯 器：ICCAVR 6.31A *

************************************/

#include

#include

#include "delay.h"

#define RD_KEY() ((~(PINC|0x0F))>>4)//四按鍵接于PC4-PC7

unsigned char i=0; //轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)數(shù)

unsigned char m=1; //驅(qū)動(dòng)方式參數(shù)

unsigned char n=0; //轉(zhuǎn)動(dòng)方向參數(shù)

unsigned int zhuansu=61500; //轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)

/****************************

* 端口配置函數(shù) *

****************************/

void port_init(void)

{

PORTA = 0x40;

DDRA = 0x40;

PORTB = 0x00;

DDRB = 0x00;

PORTC = 0xF0;

DDRC = 0x0F;

PORTD = 0x00;

DDRD = 0x00;

}

/****************************

* 正轉(zhuǎn)操作函數(shù) *

* 入 口：a 三種工作方式 *

****************************/

void bj_fs(unsigned char a)

{

switch(a)

{

case 1: //單四拍方式驅(qū)動(dòng)

PORTC |= 1<

if(i>=4)i=0;

break;

case 2: //雙四拍方式驅(qū)動(dòng)

if(i!=4) //AB、BC、CD、DA驅(qū)動(dòng)

PORTC |= (1<

PORTC |= (1<<(i-1))|1;

i ;

if(i>=5)i=1;

break;

case 3: //單雙八拍方式驅(qū)動(dòng)

if(i%2) //A、AB、B、BC、C、CD、D、DA驅(qū)動(dòng)

{

if(i!=7)

PORTC |= (1<<(i/2))|(1<<(i/2 1));

else

PORTC |= (1<<(i/2))|1;

}

else

{

PORTC |= 1<<(i/2);

}

i ;

if(i>=8)i=0;

break;

default:break;

}

}

/****************************

* 反轉(zhuǎn)操作函數(shù) *

* 入 口：a 三種工作方式 *

****************************/

void bj_fsf(unsigned char a)

{

switch(a)

{

case 1: //單四拍方式驅(qū)動(dòng)

PORTC |= 1<<(3-i); //D、C、B、A驅(qū)動(dòng)

i ;

if(i>=4)i=0;

break;

case 2: //雙四拍方式驅(qū)動(dòng)

if(i!=4) //AD、CD、BC、AB驅(qū)動(dòng)

PORTC |= (1<<(3-i))|(1<<(4-i));

else

PORTC |= (1<<(i-1))|1;

i ;

if(i>=5)i=1;

break;

case 3: //單雙八拍方式驅(qū)動(dòng)

if(i%2) //DA、D、CD、C、BC、B、AB、A驅(qū)動(dòng)

{

PORTC |= 1<<(3-i/2);

}

else

{

if(i)

PORTC |= (1<<(3-i/2))|(1<<(4-i/2));

else

PORTC |= (1<<(3-i/2))|1;

}

i ;

if(i>=8)i=0;

break;

case 4:

default:break;

}

}

/****************************

* 定時(shí)器1配置函數(shù) *

* 工作模式：普通模式 *

* 工作方式：溢出中斷 *

* 預(yù) 分 頻：64 *

* 時(shí)鐘頻率：外部7.3728MHZ *

****************************/

void timer1_init(void)

{

TCCR1B = 0x00;

TCNT1H = zhuansu>>8;

TCNT1L = zhuansu&0xFF;

TCCR1A = 0x00;

TCCR1B = 0x02;

}

/****************************

* 定時(shí)器1中斷函數(shù) *

****************************/

#pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr:9

void timer1_ovf_isr(void)

{

TCNT1H = zhuansu>>8;

TCNT1L = zhuansu&0xFF;

PORTC &= 0xF0;

if(n)

bj_fsf(m); //反轉(zhuǎn)

else

bj_fs(m); //正轉(zhuǎn)

}

/****************************

* 器件初始化函數(shù) *

****************************/

void init_devices(void)

{

CLI();

port_init();

timer1_init();

MCUCR = 0x00;

GICR = 0x00;

TIMSK = 0x04;

SEI();

}

/****************************

* 主函數(shù) *

****************************/

void main(void)

{

unsigned char key,key1;

init_devices();

while(1)

{

key=RD_KEY(); //按鍵掃描

if(key)

{

delay_ms(20);

key1=RD_KEY();

if(key==key1)

{

switch(key) //按鍵有效，相應(yīng)處理

{

case 0x01: //S1鍵處理：轉(zhuǎn)速增加

zhuansu = 100;

if(zhuansu>62000)zhuansu=62000;

break;

case 0x02: //S2鍵處理：轉(zhuǎn)速降低

zhuansu -= 100;

if(zhuansu<5000)zhuansu=5000;

break;

case 0x04: //S3鍵處理：轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)方式

m ;

if(m>=4)m=1;

break;

case 0x08: //S4鍵處理：正反轉(zhuǎn)控制

if(n)

n=0;

else

n=1;

break;

default:break;

}

}

while(key) //等待按鍵釋放

{

delay_ms(10);

key=RD_KEY();

}

}

}

}

完整的工程項(xiàng)目文件如下，此工程已通過(guò)驗(yàn)證。2100433B

為了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的相電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到細(xì)分步進(jìn)電機(jī)步距角的目的，人們?cè)O(shè)計(jì)了很多種步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路。最初，對(duì)電機(jī)相電流的控制是由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每一相繞組的相電流用n個(gè)晶體管構(gòu)成n個(gè)并聯(lián)回路來(lái)控制，靠晶體管導(dǎo)通數(shù)的組合來(lái)控制相電流。這種細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路線路復(fù)雜，體積大，成本高，而且電路一旦制造出來(lái)就難以改變其細(xì)分?jǐn)?shù)，缺乏柔性，因此在的實(shí)際應(yīng)用中已很少采用這種方法。

隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，特別是單片計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)帶來(lái)了便利。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路大多數(shù)都采用單片微機(jī)控制，它們的構(gòu)成框圖如圖2所示。單片機(jī)根據(jù)要求的步距角計(jì)算出各項(xiàng)繞組中通過(guò)的電流值,并輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)中，由D/A把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電壓，經(jīng)過(guò)環(huán)形分配器加到各相的功放電路上，控制功放電路給各相繞組通以相應(yīng)的電流，來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分。

單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)末級(jí)功放管的工作狀態(tài)可分為放大型和開(kāi)關(guān)型兩種。放大型步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路中末級(jí)功放管的輸出電流直接受單片機(jī)輸出的控制電壓控制，電路較簡(jiǎn)單，電流的控制精度也較高，但是由于末級(jí)功放管工作在放大狀態(tài)，使功放管上的功耗較大，發(fā)熱嚴(yán)重，容易引起晶體管的溫漂，影響驅(qū)動(dòng)電路的性能。甚至還可能由于晶體管的熱擊穿，使電路不能正常工作。因此該驅(qū)動(dòng)電路一般應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)電流較小、控制精度較高、散熱情況較好的場(chǎng)合。

開(kāi)關(guān)型步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路中的末級(jí)功放管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而使得晶體管上的功耗大大降低，克服了放大型細(xì)分電路中晶體管發(fā)熱嚴(yán)重的問(wèn)題。但電路較復(fù)雜，輸出的電流有一定的波紋。因此該驅(qū)動(dòng)電路一般用于輸出力矩較大的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。隨著大輸出力矩步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)型細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路近年來(lái)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。

最常用的開(kāi)關(guān)型步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路有斬波式和脈寬調(diào)制(PWM)式兩種。斬波式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的基本工作原理是對(duì)電機(jī)繞組中的電流進(jìn)行檢測(cè),和D/A輸出的控制電壓進(jìn)行比較，若檢測(cè)出的電流值大于控制電壓，電路將使功放管截止，反之，使功放管導(dǎo)通。這樣，D/A輸出不同的控制電壓，繞組中將流過(guò)不同的電流值。脈寬調(diào)制式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路是把D/A輸出的控制電壓加在脈寬調(diào)制電路的輸入端，脈寬調(diào)制電路將輸入的控制電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)脈沖寬度的矩形波，通過(guò)對(duì)功放管通斷時(shí)間的控制，改變輸出到電機(jī)繞組上的平均電流。由于電機(jī)繞組是一個(gè)感性負(fù)載，對(duì)電流有一定的濾波作用，而且脈寬調(diào)制電路的調(diào)制頻率較高，一般大于20 kHz，因此，雖然是斷續(xù)通電，但電機(jī)繞組中的電流還是較平穩(wěn)的。和斬波式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路相比，脈寬調(diào)制式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的控制精度高、工作頻率穩(wěn)定，但線路較復(fù)雜。因此，脈寬調(diào)制式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路多用于綜合驅(qū)動(dòng)性能要求較高的場(chǎng)合。脈寬調(diào)制式細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)鍵是脈寬調(diào)制，它的作用是將給定的電壓信號(hào)調(diào)制成具有相應(yīng)脈沖寬度的矩形波。2100433B

步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是靠給步進(jìn)電機(jī)的各相勵(lì)磁繞組輪流通以電流,實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)合成方向的變化來(lái)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的。圖1是三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的磁場(chǎng)矢量圖。圖1的矢量T-A,T-B,T-C為步進(jìn)電機(jī)A，B，C三相勵(lì)磁繞組分別通電時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)矢量，T-AB，T-BC，T-CA為步進(jìn)電機(jī)中AB，BC，CA兩相同時(shí)通電產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)矢量。從圖1a中可以看出,當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)的A，B，C三相輪流通電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部磁場(chǎng)從T-A變化到T-B再變化到T-C，即磁場(chǎng)產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)。一般情況下,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部磁場(chǎng)變化一周(360°角)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，因此，步進(jìn)電機(jī)的步距角θB可表示為： θB=θM/Nr

式中，Nr為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)；θM為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)兩相鄰穩(wěn)定磁場(chǎng)之間的夾角。