用字位顯示接口驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)方法

1  引　言

通常用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，由于單片機(jī)驅(qū)動(dòng)功率所限，需要增加驅(qū)動(dòng)電路。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)開發(fā)裝置自帶的字位顯示接口，通過采用驅(qū)動(dòng)器IC（集成電路）層疊并聯(lián)的創(chuàng)新技術(shù)，在不增加原電路板面積的基礎(chǔ)上使驅(qū)動(dòng)功率增加2倍，節(jié)省了硬件資源。

２ 驅(qū)動(dòng)器IC層疊并聯(lián)技術(shù)

驅(qū)動(dòng)器IC層疊并聯(lián)技術(shù)，是將多片同廠家、同型號(hào)、同參數(shù)、同批生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)器IC芯片逐一層疊并聯(lián),并按引腳號(hào)一一對應(yīng)焊接而實(shí)現(xiàn)。采用該項(xiàng)技術(shù)，可在不增加硬件電路板面積的基礎(chǔ)上使驅(qū)動(dòng)功率多倍增加。驅(qū)動(dòng)器IC層疊并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

3  步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理

步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理是通過它每相線圈中的電流的順序切換來使電機(jī)作步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)，每輸入一個(gè)有規(guī)律的脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖個(gè)數(shù)決定，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。本例中采用了北京微電機(jī)廠生產(chǎn)的SB-2P型步進(jìn)電機(jī)(額定電壓:-24V；額定電流:0.2A；額定步距:3°；相數(shù):3相)。3相3拍方式通電相序如表1所示。

表1  3相3拍方式通電相序表

4  用字位顯示接口驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1  總體設(shè)計(jì)構(gòu)思

總體設(shè)計(jì)構(gòu)思是利用單片機(jī)系統(tǒng)裝置中字位顯示接口驅(qū)動(dòng)器的輸出端（D5—D0共6位）直接驅(qū)動(dòng)X向、Y向兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)。為了直觀的顯示步進(jìn)電機(jī)每相的通電狀態(tài)，當(dāng)某相繞組導(dǎo)通時(shí)，與其對應(yīng)的8段LED顯示器顯示該相的字母。如，當(dāng)X向步進(jìn)電機(jī)的A相導(dǎo)通時(shí)，LED1（接字位口輸出D0端）顯示字母“A”；當(dāng)Y向步進(jìn)電機(jī)的B相導(dǎo)通時(shí)，LED5（接字位口輸出D4端）顯示字母“B”。

4.2　硬件設(shè)計(jì)

利用MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)裝置中字位顯示接口驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的電路原理圖如圖2所示。單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線分別連接到字形口和字位口的74LS273八D鎖存器的輸入端,字形口地址為FFDCH，字位口地址為FFDDH。字形口的74LS273八D鎖存器的輸出端通過74HC240總線驅(qū)動(dòng)器（反相）將D7— D0逐一對應(yīng)連接到每個(gè)8段LED顯示器的DP、g、f、e、d、c、b、a段。字位口的74LS273八D鎖存器的輸出端通過75452反相驅(qū)動(dòng)器將 D5—D0逐一對應(yīng)連接到每個(gè)8段LED顯示器LED6—LED1的共陰極。其中，D0、D1、D2 與X向步進(jìn)電機(jī)的A、B、C 相一一對應(yīng)連接；D3、D4、D5 與Y向步進(jìn)電機(jī)的A、B、C 相一一對應(yīng)連接。當(dāng)字形口74LS273八D鎖存器輸入端D7—D0的某位為“0”時(shí)，通過74HC240總線驅(qū)動(dòng)器（反相）該位輸出為“1”，則 LED6—LED1對應(yīng)于該位的字段可以點(diǎn)亮，具體哪位8段LED顯示器點(diǎn)亮應(yīng)由字位顯示接口決定，此時(shí)當(dāng)字位口74LS273八D鎖存器輸入端D5— D0的某位為“1”，通過75452反相驅(qū)動(dòng)器后，該位輸出為“0”，則對應(yīng)于該位的8段LED顯示器點(diǎn)亮（共陰極為低電平）。需要說明，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)取決于字位口75452反相驅(qū)動(dòng)器輸出端的邏輯狀態(tài)變化，而與字形口無關(guān)，字形顯示是為了觀察步進(jìn)電機(jī)每相的通電狀態(tài)。

由于原單片機(jī)系統(tǒng)裝置自帶的字位顯示接口不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，為此采用了驅(qū)動(dòng)器IC層疊并聯(lián)技術(shù)，將原每個(gè)75452驅(qū)動(dòng)器芯片3層疊并聯(lián)，并按引腳號(hào)一一對應(yīng)焊接，在不增加電路板面積的基礎(chǔ)上使驅(qū)動(dòng)功率增加2倍。圖2中的二極管D1—D6起到對步進(jìn)電機(jī)線圈中的反電勢的釋放作用，以保護(hù)步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器IC；R1—R6為限流電阻。

4.3  軟件設(shè)計(jì)

下述程序采用MCS-51匯編語言程序?qū)崿F(xiàn)對兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制，程序啟動(dòng)后X向步進(jìn)電機(jī)與Y向步進(jìn)電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn) 30步后停止。每步時(shí)間間隔約0.5S，當(dāng)某相繞組導(dǎo)通時(shí)，與其對應(yīng)的8段LED顯示器顯示對應(yīng)該相的字母，程序如下：

5  結(jié)束語

該項(xiàng)設(shè)計(jì)已獲國家專利，并已成功的應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)遙控示教儀和單片機(jī)控制的仿真電梯中，取得了很好的效果。在不增加單片機(jī)系統(tǒng)裝置電路板面積的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)功率的多倍增加。該項(xiàng)技術(shù)可推廣到4片以上的驅(qū)動(dòng)器IC層疊并聯(lián)驅(qū)動(dòng)中去。

參考文獻(xiàn)
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