步進(jìn)電機(jī)控制的教學(xué)探究

康永澤

（長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,武漢 430200）

1 前言

自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)中，步進(jìn)電機(jī)的控制是很重要的，可以用PLC技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，也可以用單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)控制，這里主要分析用51單片機(jī)如何來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制。首先讓學(xué)生了解步進(jìn)電機(jī)的類型，步進(jìn)電機(jī)分為永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)。永磁式步進(jìn)電機(jī)價(jià)格低、力矩大、動(dòng)態(tài)性能好，主要用在空調(diào)扇葉、機(jī)械手、流水線等高精度的地方。混合式步進(jìn)電機(jī)價(jià)格高、力矩大、精度高，主要用在工業(yè)上。

28BYJ-48型步進(jìn)電機(jī)，28是步進(jìn)電機(jī)的最大外徑，B是指步進(jìn)電機(jī)，Y指永磁式，J指減速式，48指四相八拍。

2 步進(jìn)電機(jī)工作原理

結(jié)合圖形給學(xué)生講解步進(jìn)電機(jī)工作原理，把復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化。分析圖128BYJ-48型步進(jìn)電機(jī)。圖1是實(shí)物外形圖，圖2是工作原理圖。

標(biāo)有0、1、2、3、4、5、6的齒形是轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子可以轉(zhuǎn)動(dòng)的，每個(gè)上帶有永久磁鐵。

標(biāo)有A、B、C、D的是定子，A與其對(duì)面的成180度的方向是一組，它繞的是同一個(gè)繞組，B、C、D同理。A、B、C、D繞組同時(shí)導(dǎo)通、同時(shí)關(guān)斷，所以是四相永磁式。

分析轉(zhuǎn)動(dòng)原理，如圖2所示，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的起始時(shí)刻，B相合上，0與3轉(zhuǎn)子與B兩端有最大吸引力，1與C有一個(gè)小的夾角，2與D有一個(gè)大的夾角。B相斷開，C相合上，離C最近的1有最大的吸引力，被吸過去了，1就移動(dòng)了一個(gè)角度，這個(gè)角度叫步進(jìn)角度。C相斷開，D相合上,2會(huì)靠到D去。接下來是D相斷開，A相合上，3靠到A，可以分析B、C、D、A一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了一個(gè)定子的位置，即4節(jié)拍轉(zhuǎn)一個(gè)定子，32節(jié)拍轉(zhuǎn)一圈，用360度除以32，得到11.25度，那么11.25度就是步進(jìn)角度，這種方式叫做單4拍模式。

8拍模式是B合上，3與0和B對(duì)齊。B合上，C合上，0與3轉(zhuǎn)動(dòng)到4拍模式的步進(jìn)角度的一半距離。B斷開，C合上，轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步進(jìn)角度。C合上，D合上，然后是C斷開，D合上，依次類推。總結(jié)一下就是B合上，B、C合上，C合上，C、D合上，D合上，D、A合上，依次下去，步進(jìn)角度是單4拍的一半，力矩要比單4拍的大。雙4拍模式，每次兩拍，B、C合上，然后C、D合上，接著D、A合上，依次下去。

我們選擇8拍模式來工作，8拍模式與4拍模式相比較，精度更高，力矩更大，可以實(shí)現(xiàn)最大性能。

3 寫程序注意

讓學(xué)生弄懂電路圖，掌握工作流程。

電機(jī)的四根線是橙色、黃色、粉色、藍(lán)色，分別對(duì)應(yīng)的是A、B、C、D相，如果要A相繞組導(dǎo)通，橙色線接地就可以了。要B相繞組導(dǎo)通，黃色線接地就可以了。要C相繞組導(dǎo)通，粉色線接地就可以了。要D相繞組導(dǎo)通，藍(lán)色線接地就可以了。

所以出來一個(gè)控制順序如圖3：

圖4，圖5中MCO對(duì)應(yīng)的是橙色,MC0為低電平相當(dāng)于橙色線接地。MC1對(duì)應(yīng)的是黃色，MC1為低電平相當(dāng)于黃色線接地。MC2對(duì)應(yīng)的是粉色，MC2為低電平相當(dāng)于粉色線接地。MC3對(duì)應(yīng)的是藍(lán)色，MC3為低電平相當(dāng)于藍(lán)色線接地。圖5中跳線帽必須換到是P1口與MC口接通。橙色接地，相當(dāng)于二進(jìn)制1110，轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制是0X0E。橙色接地，黃色接地，相當(dāng)于二進(jìn)制1100，轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制是0X0C。黃色接地，相當(dāng)于二進(jìn)制1101，轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制是0X0D。

依次類推，控制順序是：0X0E,0X0C,0X0D,0X09,0X0B,0X03,0X0 7,0X06,高四位保持不變，送給P1,低四位送給P1。但是節(jié)拍導(dǎo)通太快，電機(jī)反應(yīng)不過來，所以廠家給定P.P.S大于或等于550 HZ，我們?nèi)?50HZ，即時(shí)間間隔為1.8mS就可以讓電機(jī)轉(zhuǎn)起來。注意的是我們?nèi)?51 HZ就不能導(dǎo)通，取450 HZ就可以導(dǎo)通。這里的大于或等于要正確理解。然后把步進(jìn)電機(jī)程序?qū)懗鰜碇螅螺d到單片機(jī)，調(diào)試運(yùn)行即可以看到結(jié)果。

[1]馮文旭等.著.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]張毅剛主編.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]. 人民郵電出版社.