步进电机控制电路
步进电机驱动电路
R11 R10 361x4
IC6 TCP521-4
1 io4 Vdd 16 2 io6 io2 15 3 o/i io1 14 4 io7 io0 13 5 io5 io3 12 6 inh a 11 7 Vee b 10 8 Vss c 9
+5V
13 1A
14 Vcc 12 1Y
Nc
11 5A
10 5Y
+15V
14
1
Vcc 1A
1Y
3
1B
2
E7 E12/47u25V +5V
IC9
5
NE555
C41
8 VCC 4 RST
R26
470u 35V
C7
103
7 DHE 3 OUT D1
2 TGR 5 CTL
3
4 2A 2Y 6 5 2B 9 1A 1Y 8
1B 10
C16
R27 333 D2
6 TSD 1 GND
78L15
2
PC6
47u
25V
E2
C2
47u
25V
E3
C3
47u
25V
PC3 PC3 47u 25V
PT3
1
Vin
Vout
3
GND
78L15
2
PC7
47u
25V
E4
C4
47u
25V
驱动/电源板: H2P-8AH.PCB
P
222
N
1kV
2
3 1/9 12
8 10/7
PD1
PT4
1
Vin
Vout
3
GND
步进电机控制电路及应用程序
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。
每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。
步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。
因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。
步进电机主要是由定子、定子绕组和转子组成。
涉及的基本概念如下：1.相——步进电机有几个定子绕组（线圈）就是几相。
2.线——步进电机引出有几根连接的导线。
3.极性——分为单极性和双极性。
如果步进电机的线圈是可以双向导电的，那么这个步进电机就是双极性的，相反，如果步进电机的线圈是只允许单向导电的，那么这个步进电机就是单极性的。
4.极数——每个电机每相含有的磁极个数就是极数。
由于磁极是成对出现的，所以电机有2、4、6、8……极之分。
步进电机结构示意图步进电机分类——按结构分类反应式反应式步进电机定子上有绕组、转子由软磁材料组成。
结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
噪声振动大，多为三相。
永磁式永磁式步进电机永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。
其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。
混合式混合式步进电机其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。
其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。
二相和五相。
步进电机分类——按定子绕组步进电机按定子上绕组来分，共有二相、三相、四相和五相等系列。
最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。
该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍（0.007°/微步）。
步进电动机的正反转控制电路设计
新疆农业大学机械交通学院《单片机技术与应用》课程设计说明书题目：步进电动机的正反转控制电路设计专业班级：电气工程及其自动化104班学号：学生姓名：指导教师：时间：2013年6月目录一、设计目的 (1)二、设计内容 (1)三、设计步骤 (1)1．硬件电路设计 (1)1.1．硬件电路组成框图 (1)1.2．各单元电路及工作原理 (2)1.3.绘制原理图 (5)1.4.元件计算 (5)1.5.元件清单列表 (6)2.程序设计 (6)2.1绘制程序流程图 (6)2.2汇编程序 (8)四、调试与仿真 (9)五、硬件调试结果 (11)六、心得体会 (13)谢辞.............................................. 错误!未定义书签。
参考文献： (14)步进电动机的正反转控制电路设计一、设计目的通过课程设计，培养学生运用已学知识解决实际问题的能力、查阅资料的能力、自学能力和独立分析问题、解决问题的能力和能通过独立思考。
二、设计内容采用80C51单片机对步进电机进行控制，通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，控制步进电机实现正转，反转。
用按钮开关控制步进电机的转向，设两个开关其中一个按钮被按下时步进电机正转另一个按钮被按下时，则步进电机反转。
用数码管显示步进电机的转动方向，当电机正转时数码管显示CC，反转时显示AA。
三、设计步骤1．硬件电路设计1.1．硬件电路组成框图因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。
用软件控制单片机产生脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是两相的，所以只需要P1口的低四位 P1.0~P1.3分别接到电机的四根电线上。
可以通过调整输出脉冲的频率来调整电机的转速，通过改变输入脉冲的顺序来改变转动方向，P0口接LED数码管，可以显示当前的电机转速和转向，设置复位键可使正在转动的电机停止转动，大概可分为如下图所示的几部分。
步进电机工作原理及控制电路
//按键标志变量
flag1=0;
//步进数标志变量
init();
//液晶初始化子程序
while(1)
{
keyscan();
//键盘扫描子程序
if(flag==1)
{
zz();
//正转子程序
}
else if(flag==3) {
fz(); } writebjs(8,count); } }
//反转子程序
it 动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。励
磁顺序： A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A
A-B 表4.3 1-2 相励磁法
步进电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至 其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。 下面介绍的是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度。电 机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式，电机示意图 和各线圈通电顺序如图4.2和表4.1所示：
6
法增大起动电流，以提高步进电机转动力矩，即提高其工作频率。由于步进电机
是感性负载，所以进入绕组的电流脉冲是以指数形式上升，即这时电流脉冲i为：
i = IH (1 − e−1/Tj )
(4.4)
公式
其中：i是电流脉冲瞬时值；
IH 是在开关回路电压为u时的电流稳态值；
Tj 是开关回路的时间常数，Tj = L / ( RL + RC )
θ s = 2Π / Nrk
公式（4.1） 或
θ s = 360o / Nrk
公式（4.2）
其中：k是步进电机工作拍数，Nr是转子的齿数。
步进电机的驱动控制电路
绕组电 流小了， 输出转矩就会以12关系下降 1 21。此外， 在绕组电流截止时， 相绕组地两端 还会产生很高的反电动势。为提高步进电机 系统的性能和效率， 一般对驱动电路具有如 下要求: ①通电周期内能提供足够大的矩形波或 接近矩形波的电流。 ② 具有截止电流泻放回路， 以降低相绕组 两端的反电动势， 加快电流的衰减。 ③驱动电源效率高、功耗低， 运行稳定
蓄雾 蓄粼蹂。动路斩曝 盘瓷 严电 波 曹
，引言 步进电 机又称为脉冲电 它 机， 能将脉冲信 号变 换为 相应的角位移或直线位移， 输出 且 转 角、 转速与 输入脉冲的 个数、 频率有着严格的 同步关系川。由于步进电机能直接接受数字 量输入， 所以特别适合于微机控制。作为数字
控制系统中的重要执行组件， 步进电机广泛应 用于自 动指示装置、 数控机床、 计算机巡回检 测等多种领域中， 但一般数字电路的信号能量 不足以驱动步进电机， 因此需利用专门的电路 来驱动步进电机川。随着电力电子技术、自 动控制技术以及计算机技术的发展， 步进电机 驱动技术也得到 了 快速发展， 国内外对步进电 机驱动电路也进行了大量的研究和开发工作。
图3 高低压驱动
图1 步进电机驱动控制器
2 .2 工作要求 步进电机的励磁绕组是一个电感线圈， 其电感L 与励磁回路总电阻R 之比称为电机 驱动回路的时间常数 T ， T = L/ R 。当步 即 进脉冲频率较低时，的影响可以不考虑， ( 电 机每走一步， 其相电流基本可以达到最大值。 当步进脉冲频率较高时， 的影响不能忽略， T 因为电机绕组中的电流是按指数规律 上 升 的， 大约经过 3 r 一5 T 的时间， 电流才能达 到稳态值。当步进脉冲频率较高， 使绕组通 电时间小于 3(时， 电机绕组的各相电流 1就 没有机会达到最大值， 而电机的转矩 MOC12,
四相八拍步进电机控制电路
四相八拍步进电机控制电路
步进电机在各种自动控制领域中有着广泛的应用，它通过精确的位置控制和简单的控制电路设计，实现了高效的运行。
在步进电机中，四相八拍步进电机是一种常见的类型，它具有结构简单、控制方便等特点，因此得到了广泛采用。
步进电机的控制原理基于控制电路对电机内部各个线圈的通断控制，从而实现单步运动。
四相八拍步进电机由四个线圈组成，按相间夹角为90度的顺序连接，每相均可单独控制。
常见的步进电机控制电路包括单片机控制、逻辑门控制等。
在设计四相八拍步进电机控制电路时，首先需要确定电机驱动方式。
常见的方式包括全步进驱动和半步进驱动。
全步进驱动中，电机每步转动一个完整的步进角度；而在半步进驱动中，电机每步转动半个步进角度。
选择不同的驱动方式可以实现不同的转动精度和速度要求。
控制电路中常用的元器件包括晶体管、电阻、电容等。
通过合理的连接和控制，可以使步进电机按照预先设定的步进序列运行。
在具体设计电路时，需要根据电机的参数和工作要求，选择合适的元器件和控制方式，并进行电路调试和优化。
为了确保步进电机的稳定运行，还需要注意电源稳定性和线圩的连接质量。
稳定的电源可以提供电机正常工作所需的能量，而良好的线圩连接可以减小电机运行时的噪音和振动，延长电机使用寿命。
总的来说，四相八拍步进电机控制电路是实现步进电机精准运动的关键，通过合理的设计和调试，可以有效地实现对电机位置的控制。
在实际应用中，可以根据具体要求进行电路的定制设计，以满足不同场景下步进电机的控制需求。
1。
步进电机驱动电路的设计
U’o确定参考电位 o UI1和UI2两者都 UI1和UI2两者都 小于各自的参考电 压时，Uo=1， 压时，Uo=1，放电 管截止； 管截止； UI1和UI2两者都 UI1和UI2两者都 大于各自的参考电 压时，Uo=0， 压时，Uo=0，放电 管导通； 管导通；
V CC
RD 4
vIC
5
8
vI1
tW
T
脉冲周期T： 脉冲周期 ：在周期性重复的脉冲系列 两个相邻脉冲间的间隔时间。 中，两个相邻脉冲间的间隔时间。 脉冲频率f： 脉冲频率 ：单位时间内脉冲重复的次数 f=1/T。 。 占空比D：脉冲宽度与脉冲周期的比值 占空比 ： D=tw/T。 。
如何获得脉冲信号？ 如何获得脉冲信号？
利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号； 利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号；
典型的步进电机控制系统的组成
时钟电路
步进控制器——把输入的脉冲转换成环型脉冲 步进控制器——把输入的脉冲转换成环型脉冲， 把输入的脉冲转换成环型脉冲， 以控制步进电动机， 以控制步进电动机，并能进行正反转控制 功率放大器——把步进电动机输出的环型脉 功率放大器——把步进电动机输出的环型脉 冲放大， 冲放大，以驱动步进电动机转动
L297接线图与控制时序 L297接线图与控制时序
L298内部结构原理图 L298内部结构原理图
L298是一 是一 种双全桥驱动电 路，可用来驱动 各种小型直流电 机、两相双极步 进电机和四相单 极步进电机。 极步进电机。
L297和L298构成的步进电机控制系统 L297和L298构成的步进电机控制系统
0.9U m 0.1U m
tr
tf
上升时间t 脉冲上升沿从 脉冲上升沿从0.1Um上升到 上升到0.9Um所需的 上升时间 r:脉冲上升沿从 上升到 所需的 时间。 时间。 下降时间t 脉冲下降沿从 脉冲下降沿从0.9Um下降到 下降到0.1Um所需的 下降时间 f:脉冲下降沿从 下降到 所需的 时间。 时间。
步进电机工作原理及控制电路
因为它每走一步需要一定的时间，若信号频率过高，可能导致电机失步，甚至只
在原步颤动。
步进电机的步距角与工作拍数
对于一个步进电机，如果它的转子的齿数为
Nr，它的齿距角q z为：q z =2
Π/Nr，而步进电机运行k拍可使转子转动一个齿距位置。实际上步进电机每一
拍就执行一次步进，所以步进电机的步距角q s可以表示如下：
flag1=0; //步进数标志变量
init(); //液晶初始化子程序
while(1)
15 度；反应式步进
一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5 度，但噪声和振动都很大。
在欧美等发达国家80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的
优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8 度而五相步进角一般为
0.72
度。这种步进电机的应用最为广泛。
4.1反应式步进电机
图4.7一般的驱动电路
-A-A
图4.8 Bit
在实际应用中一般驱动路数不止一路，用上图的分立电路体积大，很多场合用
现成的集成电路作为多路驱动。常用的小型步进电机驱动电路可以用ULN2003
或ULN2803。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增
益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类低速小功率
管T的集电极电阻；D是续流二极管，它为绕组放电提供回路；晶体管T是大功率
开关管。Rc也是个外接的功率电阻，它是一个消耗性负载，一一般为数欧姆。这
时线路的时间常数Tj为：
Tj = L / ( RL +RC )
公式(4.3)
其中：L单位为亨，Rc、RL单位为欧姆，Tj单位为秒。
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4.驱动电路-----------------------------------------------------------------------------------------------10
1.脉冲发生电路-------------------------------------------------------------------------------------------4
2.环形脉冲分配电路-------------------------------------------------------------------------------------5
2.设计技术指标及设计要求----------------------------------------------------------------------------3
三、电路设计------------------------------------------------------------------------------------------------4
3.部分芯片管脚图----------------------------------------------------------------------------------------16
一、设计题目
步进电机控制电路
二、设计任务和设计要求
1.设计任务：本课题要求设计一个步进电机的控制电路，该电路能对步进电机的运行状态进行控制。
北京工业大学电子课程设计报告
（数电部分）
题 目： 步进电机
一、设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3
二、设计任务和设计要求
1.设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3
环形脉冲分配电路是步进电机中一个重要环节，利用环形脉冲分配电路可以产生所需要的脉冲波形，以实现对步进电机的控制。生成题目所要要求的单四拍，双四拍，和四相八拍三种工作模式。
图3.2
上图为74LS161的管脚图。74LS161计数脉冲由单次脉冲源提供，清零端 、置数控制端 、工作状态控制端CTPCTT、并行数据输入端D3—D0分别接逻辑电平开关，进位信号输出端CO、计数器状态输出端Q3—Q0均接逻辑电平显示。按如下逐项测试并判断该集成块的功能是否正常。
五、收获和体会---------------------------------------------------------------------------------------------14
六、附录------------------------------------------------------------------------------------------------------15
图3.1
根据公式f=1/[ln2(R1+2R2)C]和q=(R1+R2)/(R1+2R2)可分别计算出其频率和占空比
实际数据：R1=1KΩR2=1KΩ C=1uF
计算数值：f=480.9HZ
实际数值：f=493.42HZ
占空比：q=33.3%
后面为了实现变速，将R1替换为一个滑动变阻器。
2.环形脉冲分配电路
1.列表-------------------------------------------------------------------------------------------------------15
2.参考资料-------------------------------------------------------------------------------------------------15
2.设计技术指标及设计要求：
基本要求：(1).能控制步进电机正转和反转及运行速度，并由LED显示运行状态。（步进电机工作方式可为单四拍或双四拍）。
A． 单四拍方式，通电顺序为A—B—C—D—A
B． 双四拍方式，通电顺序为AB—BC—CD—DA—AB
(2).测量步进电机的步距角。（通过实测步进电机旋转一周所需要的脉冲数，推算出步进电机的步距角）。
5.步进电机-----------------------------------------------------------------------------------------------11
四、电路的组装和调试------------------------------------------------------------------------------------12
扩展要求：设计步进电机的工作方式为四相八拍。
C． 四相八拍方式，通电顺序为A—AB—B—BC—C—CD—D—DA—A
(3).设计框图
(4).参考元器件：步进电机，发光二极管，续流二极管IN4004，复合三极管TIP122；5Ω（1W）电阻，其它电容、电阻若干。
三、电路设计
1.脉冲发生电路
脉冲发生电路是由NE555及外接阻容元件构成的多谐振荡器产生的，多谐振荡器是一种可以产生周期性的矩形脉冲信号的自己振荡电路。
1.电路的组装----------------------------------------------------------------------------------------------12
2.电路的调试-----------------------------------------------------------பைடு நூலகம்----------------------------------13