步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。

步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。

選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。

選擇步進電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

選擇功率步進電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。

選擇步進電機需要進行以下計算：

步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。

選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。

選擇步進電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

選擇功率步進電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。

選擇步進電機需要進行以下計算：

（1）計算齒輪的減速比

摘要：PMM8731是日本三洋電機公司生產(chǎn)的步進電機脈沖分配器。而SI-7300則是日本三青公司生產(chǎn)的高性能步進電機集成功率放大器。它們和單片機一起可構(gòu)成一種高效電機控制驅(qū)動電路。文中介紹了PMM8713與SI-7300的功能，給出了由它們組成的功率驅(qū)動電路及其在步進電機上的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：PMM8731；SI-7300；步進電機；功率驅(qū)動電路

1PMM8713的功能特點

PMM8713是日本三洋電機公司生產(chǎn)的步進電機脈沖分配器。該器件采用DIP16封裝，適用于二相或四相步進電機。PMM8713在控制二相或四相步進電機時都可選擇三種勵磁方式（1相勵磁，2相勵磁，1－2相勵磁三種勵磁方式之一），每相最小的拉電流和灌電流為20mA，它不但可滿足后級功率放大器的要求，而且在所有輸入端上均內(nèi)嵌有施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力很強，其原理框圖如圖1所示。

在PMM8713的內(nèi)部電路中，時鐘選通部分用于設(shè)定步進電機的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。PMM8713有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。采用雙脈沖輸入法的連線方式如圖2（a）所示，其中CP、CU兩端分別輸入步進電機正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。當(dāng)采用單脈沖輸入法時，其連線方式如圖2（b）所示，該圖中的CK為時鐘脈沖輸入，步進電機的正反轉(zhuǎn)方向由U／D的高、低電位決定。

片中的激勵方式控制電路用來選擇采用何種勵磁方式。激勵方式判斷電路用于輸出檢測；而可逆環(huán)形計數(shù)器則用于產(chǎn)生步進電機在選定的勵磁方式下的各相通斷時序信號。

步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。

現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。

永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度；

反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細分驅(qū)動方案所選用的步進電機。

步進電機的一些基本參數(shù)：

步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。

步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。

選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。

選擇步進電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

選擇功率步進電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。

選擇步進電機需要進行以下計算：

步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。

步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。

選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。

選擇步進電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

選擇功率步進電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。

選擇步進電機需要進行以下計算：

PMM8713是日本三洋電機公司生產(chǎn)的步進電機脈沖分配器。該器件采用DIP16封裝，適用于二相或四相步進電機。PMM8713在控制二相或四相步進電機時都可選擇三種勵磁方式(1相勵磁，2相勵磁，3相勵磁三種勵磁方式之一)，每相最小的拉電流和灌電流為20mA，它不但可滿足后級功率放大器的要求，而且在所有輸人端上均內(nèi)嵌有施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力很強，其原理框圖如圖1所示，表1所列是PMM8713的引腳功能。在PMM8713的內(nèi)部電路中，時鐘選通部分用于設(shè)定步進電機的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。PMM8713有兩種脈沖輸人法:雙脈沖輸人法和單脈沖輸人法。采用雙脈沖輸人法的連線方式如圖4-3-2(A)所示，其中CPICA兩端分別輸人步進電機正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。當(dāng)采用單脈沖輸人法時，其連線方式如圖2所示；

PMM8713功能介紹

PMM8713是專用的步進電機的步進脈沖產(chǎn)生芯片,它適用于三相和四相步進電機。如圖1所示PMM8713的引腳,Cu為加脈沖輸入端,它使步進電機正轉(zhuǎn),Cp為減脈沖輸入端,它使步進電機反轉(zhuǎn),Ck

為脈沖輸入端,當(dāng)脈沖加入此引腳時,Cu和Cp應(yīng)接地,正反轉(zhuǎn)由U/D的電平控制,EA和EB用來選擇勵磁方式的,可以選擇的方式有一相勵磁、二相勵磁和一二相勵磁,ΦC用來選擇三、四相步進電機,Vss為芯片工作地,R為芯片復(fù)位端,Φ4～Φ1為四相步進

脈沖輸出端,Φ3～Φ1為三相步進脈沖輸出端,Em為勵磁監(jiān)視端,Co為輸入脈沖監(jiān)視端,VDD為芯片的工作電源(+4～+18V).其具體的原理框圖如4-3-4所示:

4.4顯示電路與鍵盤的選擇

摘要：介紹由美國TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A和SGS公司的步進電機驅(qū)動芯片PBL3717A構(gòu)成的兩相混合式步進電機的控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：PBL3717ADSP步進電機控制系統(tǒng)

引言

步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種重要執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中。它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為位移或轉(zhuǎn)速的控制電機，輸入一個脈沖信號，電機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步。其機械角位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機繞組的脈沖個數(shù)和脈沖頻率成比例，可以通過改變脈沖頻率在大范圍內(nèi)調(diào)速，易于與計算機或其它數(shù)字元件接口，適用于數(shù)字控制系統(tǒng)。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，DSP（DigitalSignalProcessor數(shù)字信號處理器）的性能價格比得到很大提高，使得DSP在電機控制領(lǐng)域的應(yīng)用愈來愈廣泛。本文介紹由美國TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320LF2407和SGS公司的步進電機驅(qū)動芯片PBL3717A構(gòu)成的兩相混合式步進電機的控制系統(tǒng)。

1DSP性能簡介

美國TI公司的TMS320LF2407A是專為馬達控制而設(shè)計的一款DSP。它采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，減少了控制器的功耗；40MIPS的執(zhí)行速度使指令周期縮短到25ns(40MHz)，從而提高了控制器的實時控制能力。兩個事件管理器模塊EVA和EVB，每個包括：2個16位通用定時器；CAN總線接口模塊；16位的串行外設(shè)（SPI）接口模塊；基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器；內(nèi)置正交編碼脈沖（QEP）電路；3個捕獲單元；16通道A/D轉(zhuǎn)換器；8個16位的脈寬調(diào)制（PWM）通道。它們能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反相器控制；PWM的對稱和非對稱波形；當(dāng)外部引腳PDPINTx出現(xiàn)低電平時，快速關(guān)閉PWM通道；可編程的PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時輸出觸發(fā)脈沖；事件管理器模塊適用于控制交流感應(yīng)電機、無刷直流電機、開關(guān)磁阻電阻、步進電阻、多級電機和逆變器。

摘要:本文應(yīng)用單片機、步進電機驅(qū)動芯片、字符型LCD和鍵盤陣列，構(gòu)建了集步進電機控制器和驅(qū)動器為一體的步進電機控制系統(tǒng)。二維工作臺作為被控對象通過步進電機驅(qū)動滾珠絲桿在X/Y軸方向聯(lián)動。文中討論了一種以最少參數(shù)確定一條圓弧軌跡的插補方法和步進電機變頻調(diào)速的方法。步進電機控制系統(tǒng)的開發(fā)采用了軟硬件協(xié)同仿真的方法，可以有效地減少系統(tǒng)開發(fā)的周期和成本。最后給出了步進電機控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例。

關(guān)鍵詞:步進電機控制系統(tǒng)，插補算法，變頻調(diào)速，軟硬件協(xié)同仿真

1引言

作為一種數(shù)字伺服執(zhí)行元件，步進電機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制方便、控制性能好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在數(shù)控機床、機器人、自動化儀表等領(lǐng)域。為了實現(xiàn)步進電機的簡易運動控制，一般以單片機作為控制系統(tǒng)的微處理器，通過步進電機專用驅(qū)動芯片實現(xiàn)步進電機的速度和位置定位控制。

2圓弧插補改進算法

逐點比較插補算法因其算法簡單、易實現(xiàn)且最大誤差不超過一個脈沖當(dāng)量，在步進電機的位置控制中應(yīng)用的相當(dāng)廣泛[1]。圓弧插補中，為了確定一條圓弧的軌跡，可采用：給出圓心坐標(biāo)、起點坐標(biāo)和終點坐標(biāo);給出半徑、起點和終點坐標(biāo);給出圓弧的三點坐標(biāo)等。在算法實現(xiàn)時這些參數(shù)若要存放在單片機內(nèi)部資源有限的數(shù)據(jù)存儲器（RAM）中，如果要經(jīng)過復(fù)雜的運算才能確定一段圓弧，不但給微處理器帶來負擔(dān)，而且要經(jīng)過多步運算，往往會影響到算法的精確度。因此選取一種簡單且精確度高的插補算法是非常必要的。本文提出了一種改進算法：在圓弧插補中，無論圓弧在任何位置，是順圓或是逆圓，都以此圓弧的圓心作為原點來確定其他坐標(biāo)。因此只須給出圓弧的起點坐標(biāo)和圓弧角度就可以確定該圓弧。如果一個軸坐標(biāo)用4個字節(jié)存儲（如12.36），而角度用2個字節(jié)存儲（如45°），則只需要10個字節(jié)即可確定一段二維的圓弧。較之起其他方法，最多可節(jié)省14個存儲單元?，F(xiàn)以第I象限逆圓弧為例，計算其終點坐標(biāo)。如圖1所示，（X0，Y0）為圓弧的起點坐標(biāo)，（Xe，Ye）為圓弧的終點坐標(biāo)，θ為圓弧的角度。

1圓弧插補改進算法

逐點比較插補算法因其算法簡單、易實現(xiàn)且最大誤差不超過一個脈沖當(dāng)量，在步進電機的位置控制中應(yīng)用的相當(dāng)廣泛[1]。圓弧插補中，為了確定一條圓弧的軌跡，可采用：給出圓心坐標(biāo)、起點坐標(biāo)和終點坐標(biāo);給出半徑、起點和終點坐標(biāo);給出圓弧的三點坐標(biāo)等。在算法實現(xiàn)時這些參數(shù)若要存放在單片機內(nèi)部資源有限的數(shù)據(jù)存儲器（RAM）中，如果要經(jīng)過復(fù)雜的運算才能確定一段圓弧，不但給微處理器帶來負擔(dān)，而且要經(jīng)過多步運算，往往會影響到算法的精確度。因此選取一種簡單且精確度高的插補算法是非常必要的。本文提出了一種改進算法：在圓弧插補中，無論圓弧在任何位置，是順圓或是逆圓，都以此圓弧的圓心作為原點來確定其他坐標(biāo)。因此只須給出圓弧的起點坐標(biāo)和圓弧角度就可以確定該圓弧。如果一個軸坐標(biāo)用4個字節(jié)存儲（如12.36），而角度用2個字節(jié)存儲（如45°），則只需要10個字節(jié)即可確定一段二維的圓弧。較之起其他方法，最多可節(jié)省14個存儲單元?，F(xiàn)以第I象限逆圓弧為例，計算其終點坐標(biāo)。如圖1所示，（X0，Y0）為圓弧的起點坐標(biāo)，（Xe，Ye）為圓弧的終點坐標(biāo)，θ為圓弧的角度。

圖1圓弧軌跡示意圖

圓弧半徑：，

終點坐標(biāo)：

終點坐標(biāo)相對X軸的角度：