三相单三拍步进电机

单片机驱动三相单三拍步进电机仿真设计关于单片机驱动三相单三拍步进电机仿真设计
随着生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种电动机。

这些电动机的工作原理，一般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近似，但是它们在性能、结构、生产工艺上各有其特殊性，多用于自动控制过程中。

一般来说，这些电动机的功率不大，小的只有几分之一瓦，大的也不过几十瓦或几百瓦，属于微型电动机的范围。

步进电动机
一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。

每输入一个冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。

因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。

步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。

由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。

随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。

步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。

图1 反应式步进电动机的结构示意图
图1是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。

两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。

下面介绍反应式步进电动机单三拍的基本原理。

一、单三拍通电方式的基本原理及本设计的要求
设A相首先通电（B、C两相不通电），产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。

这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。

在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置（图2a）；接着B相通电（A、C 两相不通电），转了便顺时针方向转过30°，它的齿和C、C′极对齐（图2c）。

不难理解，当脉冲信号一个一个发来时，如果按A→C→B→A→…的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。

这种通电方式称为单三拍方式。

图2 单三拍通电方式时转子的位置
采用单片机控制一个三相单三拍的步进电机工作。

步进电机的旋转方向由正反转控制信号控制。

步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3、6、9、12、15、18、21、24和27步，且键盘具有键盘锁功能，当键盘上锁时，步进电机不接受输入步数，也不会运转。

只有当键盘锁打开并输入步数时，步进电机才开始工作。

电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。

红色指示灯亮，同时警报响。

二步进电机仿真电路图
三仿真程序
#include <reg51.h>
#define unchar unsigned char
sbit kai_key p3^1; //开关，作锁功能sbit zheng_key p3^2; //正转
sbit fan_key p3^3; //翻转
sbit 18_key p1^0; //18步
sbit 15_key p1^1; //15步
sbit 12_key p1^2; //12步
sbit 9_key p1^3; //9步
sbit 6_key p1^4; //6步
sbit 3_key p1^5; //3步
sbit 21_key p1^6; //21步
sbit 24_key p1^7; //24步
sbit 27_key p3^0; //27步
bit flag=0; //电机正反标志位
uchar bushu,maichong=3,table_begin=0;
uchar code table[]={0x01,0x02,0x04,0x04,0x02,0x01};
//电机正反转I/O口的高低电平对应表
void delay(uchar i) //延时函数
{
uchar j,k;
for(j=i;j>0;j--)
for(k=125;k>0;k--);
}
void key()
{
//kaikey=shuo_key;
if(kai_key==0) //这里开关闭合，表示键盘锁打开。

如果开关不闭合，表示上锁，电机不转
{
if(27_key==0) bushu=27; //步数高的优先，即多个步数开关同时打上，运行高步数
else if(24_key==0) bushu=24;
else if(21_key==0) bushu=21;
else if(18_key==0) bushu=18;
else if(15_key==0) bushu=15;
else if(12_key==0) bushu=12;
else if(9_key==0) bushu=9;
else if(6_key==0) bushu=6;
else if(3_key==0) bushu=3;
esle bushu=0;
}
if(zheng_key==0)
flg=0;
else if(fan_key==0)
flg=1;
}
void dispose() //数据处理函数
{
if(flag==0)
{
table_begin=0; //flag为0正转
}
else
table_begin=3; //flag为1反转
}
void qudong()
{
while(kai_key==0)
{
while(bushu!=0)
{
unchar i,j;
for(j=0+table_begin;(j<3+table_begin)&&(bushu!=0);j++)
{
PO=table[j]
for(i=0;i<maichong;i++)
{
delay(10) //延时函数，控制电机速度
}
bushu--;
}
}
}
}
void main()
{
while(1)
{
key();
dispose();
qudong();
while(kai_key==0); //等待开锁
}
}
四、步进电动机的驱动电源
步进电动机需配置一个专用的电源供电，电源的作用是让电动机的控制绕组按照特定的顺序通电，即受输入的电脉冲控制而动作，这个专用电源称为驱动电源。

步进电动机及其驱动电源是一个互相联系的整体，步进电动机的运行性能是由电动机和驱动电源两者配合所形成的综合效果。

1、对驱动电源的基本要求
（1）驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都工满足步进电动机的需要；
（2）要满足步进电动机的起动频率和运行频率的要求；
（3）能最大限度地抑制步进电动机的振荡；
（4）工作可靠，抗干扰能力强；
（5）成本低、效率高、安装和维护方便。

2、驱动电源的组成
步进电动机的驱动电源基本上由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器（也称功率放大器）
（1）脉冲发生器
脉冲发生器是一个脉冲频率由几赫到几十千赫可连续变化的脉冲信号发生器。

脉冲发生器可以采用多种线路，最常见的有多谐振荡器和单结晶体管构成的张弛振荡器两种，它们都是通过调节电阻R和电容C的大小来改变电容器充放电的时间常数，以达到改变脉冲信号频率的目的。

图6是两种实用的多谐振荡电路，它们分别由反相器和非门构成，振荡频率由RC决定，改变R值即可改变脉冲频率。

这个仿真设计中直接由单片机的p0口输出4组p wm驱动电机。

五．总结
这课程设计，花了整整一个星期的时间，在这些天里从仿真电路图到程序的设计查阅了不少资料，巩固了了以前所学的知识以及没学到的知识。

特别在程序的设计中，一遍一遍的修改程序，调试，再修改，发现错误，让我的c语言有了很大的进步。

通过这次课程设计使我懂得了实际和理论相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考能力。