本文主要研究基于8051 单片机的步进电机的驱动器,驱动采用H - 桥驱动电路,使步进电机可在智能化程序控制下完成正转、反转、加减速及细分等各种操作。文中所设计的H - 桥驱动电路可使步进电机具有更高的性能,同时把数字电路与驱动电路隔离开,避免了步进电机运行时所产生的冲击电压和电流干扰单片机。
控制系统的硬件设计 步进电机的单片机控制系统硬件原理图如图1所示图1 步进电机的单片机控制系统硬件原理图 系统中采用并行控制,用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。键盘作为一个外部中断源,设置了步进电机正转、反转、档次、停止等功能,采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序,完成对步进电机的最佳控制,显示器及时显示正转、反转速度等状态。由于篇幅有限,在此仅给出H - 桥驱动电路和DPA 转换接口电路的设计。(1) H - 桥驱动电路的设计 H - 桥驱动电路如图2 所示。其主电路的功率三级管使用4 个VMOS - FET 分为Q1 和Q4 及Q2和Q3 两组。其中,Q1 和Q3 为低电平导通高电平关断;Q2 和Q4 为高电平导通, 低电平关断。采用LM339 比较器作为电流检测元件,改变其输入参考电压,即可改变流过电机绕组的最大电流。比较器用一个DPA 转换器来控制其参考电压,使其为一阶梯变化的电压值,可以实现对步进电机的细分控制。图2 H - 桥驱动电路 采用耦合变压器驱动VMOS 功率管Q1 和Q3 ,使其不存在静态导通条件。同时用7406 反向器和74LS00 组成逻辑电路提供VMOS 功率管栅极电压,其输出电压为10～15 V ,可以保证VMOS 功率管可靠截止和导通。 当电机某相绕组通电时,输入控制脉冲使Q1和Q4 导通,Q2 和Q3 截止,电流从电源经Q1 和Q4 ,右侧比较器以及电机绕组通过,当绕组电流达到额定值时,右侧比较器发生翻转控制Q1 关断,而电流一下降,Q1 再次接通。这种断续作用使相电流维持一个平均值。当电机绕组断开时,Q1 和Q4 截止,Q2和Q3 接通,电流迅速从Q2 ,Q3 和左侧比较器自行调整关闭功率管Q3 ,使电机绕组与高压电源断开,避免了绕组在电流衰减到零时再接着反向充电。
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