介绍步进电机控制器!

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  • 请输入你的答案...步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的特殊电机,每改变一次通电状态,步进电机的转子就转动一步。目前大多数步进电机控制器需要主控制器发送时钟信号,并且要至少一个I/O口来辅助控制和监控步进电机的运行情况。在单片机或DSP的应用系统中,经常配合CPLD或者FPGA来实现特定的功能。本文介绍通过FPGA实现的步进电机控制器。该控制器可以作为单片机或DSP的一个直接数字控制的外设,只需向控制器的控制寄存器和分频寄存器写入数据,即町实现对步进电机的控制。   1 步进电机的控制原理   步进电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合对数字系统的控制。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”)。   步进电机区别于其他控制电机的最大特点是,通过输入脉冲信号来进行控制,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。   步进电机的驱动电路根据控制信号工作,控制信号由各类控制器来产生。其基本原理作用如下:   ①控制换相顺序,通电换相。这一过程称为“脉冲分配”。例如:四相步进电机的单四拍工作方式,其各相通电顺序为A-B-C-D。通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C、D相的通断,控制步进电机的转向。如果给定工作方式正序换相通电,则步进电机正转;如果按反序换相通电,则电机就反转。   ②控制步进电机的速度。如果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。调整控制器发出的脉冲频率,就可以对步进电机进行调速。   2 控制器的总体设计   控制器的外部接口电路如图1所示。各引脚的功能如下:   控制器的内部原理框图如图2所示,由命令字寄存器(Cmd_reg)、分频系数备份寄存器(fdiv_back)、分频器、相位输出状态机组成。   其中命令字寄存器Cmd_reg组成如下(对应的地址为“00”):   X未用位。   Ini对控制器初始化为1时有效。当该位为1时,备份寄存器的数据直接装入分频器的寄存器reg_data【15~0】,装入后由硬件自动置O。   Newr当对正在运行的控制器写入新的分频系数时,对该位置1;当下一个分频器输出的clkout时钟来到时,将fdiv_back写入到reg_data【15~0】中,分频器便按新的分频系数进行分频。   Manner【1~0】 电动机的驱动方式,用来控制相位输出状态机的输出,“00”表示单四拍方式,四相位输出为(A-B-C-D);“Ol”表示双四拍,四相位输出为(ABBC-CD-DA),八拍(A-AB-B-BC-C-CD-DDA)。   分频系数备份寄存器(fdiv_back) 两字节寄存器,reg_data【15~0】为分频器的一个16位寄存器,接收fdiv_back的值,对系统的分频为2~65536。对于12MHz的输入频率,分频后频率为6MHz~183Hz,(本设计中,步进电机的启动转速、转距、加速度由使用者根据实际情况自己计算)分频后每个clkout走一个步距角。对于步距角为1.8°的电机,可以满足各种速度的要求。
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  • 步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器 虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。
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