設(shè)計(jì)制作一款簡(jiǎn)單廉價(jià)的步進(jìn)電機(jī)控制器,Stepper motor controller

關(guān)鍵字：步進(jìn)電機(jī)控制電路

作者：謝彪

　　步進(jìn)電機(jī)控制電路原理圖如下圖所示，電路主要由脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路、脈沖信號(hào)分配電路及功率放大電路等幾部分組成。

　　在本電路中的脈沖信號(hào)由NE555構(gòu)成的一個(gè)多諧振蕩器產(chǎn)生，選擇開(kāi)關(guān)S1和不同振蕩電容C1/C2相連，可得到不同頻段的脈沖信號(hào)，通過(guò)電位器RP可使其3腳輸出的信號(hào)頻率連續(xù)可調(diào)，該脈沖信號(hào)加到十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017的時(shí)鐘輸入CP端，作為步進(jìn)電機(jī)工作的時(shí)鐘。

　　電機(jī)的工作步序由CD4017的計(jì)數(shù)輸出端提供。由于目前市面上步進(jìn)電機(jī)的種類較多，本電路僅以較常用的“三相雙三拍”控制（具體步序見(jiàn)下下表）為例進(jìn)行分析，其他的控制方式讀者們可以參照本例自行分析。由于“三拍”完成一個(gè)循環(huán)需有三個(gè)步序，故由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4017構(gòu)成一個(gè)3進(jìn)制的封閉小循環(huán)，分別由Q0、Q1、Q2輸出所需的步序1、2、3的信號(hào)，而將Q3直接接到CD4017的復(fù)位端R，從而構(gòu)成了一個(gè)完整的環(huán)形分配電路。“雙”是在每一步序中電機(jī)要有2相同時(shí)得電，經(jīng)對(duì)表1中不同步序的真值表分析可知，“A”相的值應(yīng)在步序1和3均為有效，此時(shí)可將Q0與Q2的輸出信號(hào)經(jīng)或門(mén)(74HC32)送至A相的控制端；Q0與Q1相或后送至B相；Q1與Q2相或后送至C相，這樣就可以得到我們所需要的三相雙三拍步序控制信號(hào)。

　　由于經(jīng)數(shù)字門(mén)電路輸出的步序信號(hào)還無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，故還需增加一級(jí)功率放大做為整個(gè)控制電路的輸出。由于通常電子小制作中使用的步進(jìn)電機(jī)功率較小，故本電路選用的是達(dá)林頓電流驅(qū)動(dòng)器ULN2803模塊作為控制器的功率輸出電路，ULN2803的引腳如下圖所示，其中：1-8腳為輸入端；11-18腳為輸出端；9腳接地；10腳接電源“+”。由于ULN2803的扇出電流有限，而灌電流較大，能達(dá)到1A左右，所以本電路使用其灌電流工作方式，ULN2803內(nèi)部的續(xù)流二極管也保證了其與電機(jī)線圈連接的安全。如果需要輸出的電流能再大一些，也可以將ULN2803的二組并聯(lián)，作為一組使用即可。

　　電路中使用了二組電源進(jìn)行供電，一組經(jīng)三端穩(wěn)壓集成塊LM7805穩(wěn)壓后，輸出+5V為控制　　部分提供電源；而步進(jìn)電機(jī)各相繞組所需的電壓較高，故將其直接接到另一組12～24V的電源上，這樣可增大步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩，繞組的另一端接在ULN2803的相應(yīng)輸出端。

　　控制器的制作與調(diào)試

 
　　
　　該步進(jìn)電機(jī)控制器的元器件均無(wú)特殊要求，按電原理圖裝好電路即可調(diào)試。為防止調(diào)試過(guò)程中電機(jī)堵轉(zhuǎn)，電流增大損壞功率模塊ULN2803，可將三只發(fā)光二極管串連好限流電阻接入U(xiǎn)LN2803的相應(yīng)輸出端，接通電源后發(fā)光二極管應(yīng)能順序點(diǎn)亮；撥動(dòng)擋位選擇開(kāi)關(guān)Sl，發(fā)光二極管點(diǎn)亮的頻率應(yīng)有明顯的變化，調(diào)節(jié)電位器RP發(fā)光二極管點(diǎn)亮的頻率應(yīng)能平滑的變化，至此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器安裝完成。

　　去掉調(diào)試的發(fā)光二極管和限流電阻，將步進(jìn)電機(jī)的繞組線圈接入電路中，通電即可運(yùn)轉(zhuǎn)。讀者可根據(jù)實(shí)際的控制需要選擇C1、C2的參數(shù)（通常約為零點(diǎn)零幾～幾個(gè)μF之間），使S1與C1相連時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速約在100轉(zhuǎn)/分以下；與C2相連時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速在100～幾百轉(zhuǎn)/分之間。調(diào)節(jié)電位器RP電機(jī)在各擋位轉(zhuǎn)速應(yīng)能平滑變化。

　　撥動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)S2，可以交換二組的相序，使電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)。

　　對(duì)于其它類型的步進(jìn)電機(jī)控制器，讀者只要改變CD4017輸出的步序信號(hào)即可，通常簡(jiǎn)單的控制，CD4017輸出的10個(gè)步序足以滿足。讀者如需控制較大功率的步進(jìn)電機(jī)時(shí)，可改用其他大功率器件做驅(qū)動(dòng)；讀者對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速有特殊需要者，可根據(jù)需要改變NE555輸出脈沖振蕩信號(hào)的頻率。

　　當(dāng)然本電路的設(shè)計(jì)僅可以滿足簡(jiǎn)單控制的要求，只是一種“入門(mén)”級(jí)的控制電路，目的主要是拋磚引玉，以供廣大的電子愛(ài)好者參考。本電路還無(wú)法實(shí)現(xiàn)多級(jí)細(xì)分的要求，此時(shí)只能用單片機(jī)才能完成。