設計製作一款簡單廉價(jia) 的步進電機控製器,Stepper motor controller

關(guan) 鍵字：步進電機控製電路

作者：謝彪

　　步進電機控製電路原理圖如下圖所示，電路主要由脈衝(chong) 信號產(chan) 生電路、脈衝(chong) 信號分配電路及功率放大電路等幾部分組成。

　　在本電路中的脈衝(chong) 信號由NE555構成的一個(ge) 多諧振蕩器產(chan) 生，選擇開關(guan) S1和不同振蕩電容C1/C2相連，可得到不同頻段的脈衝(chong) 信號，通過電位器RP可使其3腳輸出的信號頻率連續可調，該脈衝(chong) 信號加到十進製計數器CD4017的時鍾輸入CP端，作為(wei) 步進電機工作的時鍾。

　　電機的工作步序由CD4017的計數輸出端提供。由於(yu) 目前市麵上步進電機的種類較多，本電路僅(jin) 以較常用的“三相雙三拍”控製（具體(ti) 步序見下下表）為(wei) 例進行分析，其他的控製方式讀者們(men) 可以參照本例自行分析。由於(yu) “三拍”完成一個(ge) 循環需有三個(ge) 步序，故由十進製計數器CD4017構成一個(ge) 3進製的封閉小循環，分別由Q0、Q1、Q2輸出所需的步序1、2、3的信號，而將Q3直接接到CD4017的複位端R，從(cong) 而構成了一個(ge) 完整的環形分配電路。“雙”是在每一步序中電機要有2相同時得電，經對表1中不同步序的真值表分析可知，“A”相的值應在步序1和3均為(wei) 有效，此時可將Q0與(yu) Q2的輸出信號經或門(74HC32)送至A相的控製端；Q0與(yu) Q1相或後送至B相；Q1與(yu) Q2相或後送至C相，這樣就可以得到我們(men) 所需要的三相雙三拍步序控製信號。

　　由於(yu) 經數字門電路輸出的步序信號還無法直接驅動電機工作，故還需增加一級功率放大做為(wei) 整個(ge) 控製電路的輸出。由於(yu) 通常電子小製作中使用的步進電機功率較小，故本電路選用的是達林頓電流驅動器ULN2803模塊作為(wei) 控製器的功率輸出電路，ULN2803的引腳如下圖所示，其中：1-8腳為(wei) 輸入端；11-18腳為(wei) 輸出端；9腳接地；10腳接電源“+”。由於(yu) ULN2803的扇出電流有限，而灌電流較大，能達到1A左右，所以本電路使用其灌電流工作方式，ULN2803內(nei) 部的續流二極管也保證了其與(yu) 電機線圈連接的安全。如果需要輸出的電流能再大一些，也可以將ULN2803的二組並聯，作為(wei) 一組使用即可。

　　電路中使用了二組電源進行供電，一組經三端穩壓集成塊LM7805穩壓後，輸出+5V為(wei) 控製　　部分提供電源；而步進電機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，這樣可增大步進電機的輸出力矩，繞組的另一端接在ULN2803的相應輸出端。

　　控製器的製作與(yu) 調試

 
　　
　　該步進電機控製器的元器件均無特殊要求，按電原理圖裝好電路即可調試。為(wei) 防止調試過程中電機堵轉，電流增大損壞功率模塊ULN2803，可將三隻發光二極管串連好限流電阻接入ULN2803的相應輸出端，接通電源後發光二極管應能順序點亮；撥動擋位選擇開關(guan) Sl，發光二極管點亮的頻率應有明顯的變化，調節電位器RP發光二極管點亮的頻率應能平滑的變化，至此步進電機驅動控製器安裝完成。

　　去掉調試的發光二極管和限流電阻，將步進電機的繞組線圈接入電路中，通電即可運轉。讀者可根據實際的控製需要選擇C1、C2的參數（通常約為(wei) 零點零幾～幾個(ge) μF之間），使S1與(yu) C1相連時，電機轉速約在100轉/分以下；與(yu) C2相連時，電機轉速在100～幾百轉/分之間。調節電位器RP電機在各擋位轉速應能平滑變化。

　　撥動選擇開關(guan) S2，可以交換二組的相序，使電機反方向旋轉。

　　對於(yu) 其它類型的步進電機控製器，讀者隻要改變CD4017輸出的步序信號即可，通常簡單的控製，CD4017輸出的10個(ge) 步序足以滿足。讀者如需控製較大功率的步進電機時，可改用其他大功率器件做驅動；讀者對電機轉速有特殊需要者，可根據需要改變NE555輸出脈衝(chong) 振蕩信號的頻率。

　　當然本電路的設計僅(jin) 可以滿足簡單控製的要求，隻是一種“入門”級的控製電路，目的主要是拋磚引玉，以供廣大的電子愛好者參考。本電路還無法實現多級細分的要求，此時隻能用單片機才能完成。