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通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向*。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

本模块可分为如下3个部分：

· 单片机系统：控制步进电动机；

· 外围电路：PIC单片机和步进电动机的接口电路；

· PIC程序：编写单片机控制步进电功机的接口程序，实现三角波信号的输出功能。

（1）步进电动机与单片机的接口。

单片机是性能的控制处理器，在控制步进电机工作时，接口部件必须要有下列功能。

①电压隔离功能。

单片机工作在5V，而步进电机是工作在几十V，甚至更高。一旦步进电机的电压串到单片机中，就会损坏单片机；步进电机的信号会干扰单片机，也可能导致系统工作失误，因此接口器件必须有隔离功能。

②信息传递功能。

接口部件应能够把单片机的控制信息传递给步进电机回路，产生工作所需的控制信息，对应于不同的工作方式，接口部件应能产生相应的工作控制波形。

③产生所需的不同频率。

为了使步进电机以不同的速度工作，以适应不同的目的，接口部件应能产生不同的工作频率。

（2）电压隔离接口。

电压隔离接口于隔离低压部分的单片机和高压部分的步进电机驱动电路，以保证它们的正常工作。

电压隔离接口可以用脉冲变压器或光电隔离器，现在基本上是采用光电隔离器。单片机输出信号可以通过TTL门电路或者直接送到晶体管的基极，再由晶体管驱动光电耦合器件的发光二极管。

发光二极管的光照到光电耦合器件内部的光敏管上，转换成电信号，再去驱动步进电机的功率放大电路，电流放大接口是步进电机功放电路的前置放大电路。它的作用是把光电隔离器的输出信号进行电流放大，以便向功放电路提供足够大的驱动电流。

（3）工作方式接口和频率发生器。

用单片机控制步进电动机，需要在输入输出接口上用3条I/0线对步进电动机进行控制，这时，单片机用I/O口的RA0、RAI、RA2控制步进电动机的三相

四个绕组引出四相(相A1相A2相B1相B2)和两个公共线(接到电源的正极)。把绕组的某一相接到电源的地线。这样该绕组就会受到激励。我们采用四相八拍的控制方式，即1相与2相交替导通，这样可提高分辨率。每一步可转0.9°控制电机正转的励磁顺序如下表：

若要求电机反转，将励磁信号倒过来传送即可。

2 控制方案

控制系统的框图如下

本方案采用AT89S51作为主控制器件。它与AT89C51兼容，同时还增加了SPI接口和看门狗模块，这不但使程序调试变得方便而且也使程序运行更加稳定。在方案中该单片机主要实现现场信号的采集并计算出步进电机运转的方向和速度信息。然后传送给CPLD。

CPLD采用EPM7128SLC84-15，EPM7128是可编程的大规模逻辑器件，为ALTERA公司的MAX7000系列产品。具有高阻抗、电可擦等特点，可用单元为2500个，工作电压为+5V。CPLD接收到单片机发送过来的信息后，转换成对应的控制信号输出给步进电机驱动器。驱动器则把控制信号处理后输入电机绕组，实现了电机的有效控制。

2.1 电机驱动器硬件结构

电机的驱动器采用如下电路：

其中R1-R8的电阻值为320Ω。R9-R12的电阻值为2.2KΩ。Q1-Q4为达林顿管D401A，Q5-Q8为S8550。J1、J2与步进电机的六条引线相连。

（1） 能够提供较快的电流上升和下降速度，使电流波形尽量接近矩形。

具有供截止期间释放电流流通的回路，以降低绕组两端的反电动势，加快电流衰减。

（2） 具有较高功率及效率。

步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一个步距角。也就是说步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以控制步进脉冲信号的频率，就可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，就可以对电机精确定位。步进电机驱动器有很多，我们应以实际的功率要求合理的选择驱动器。

Vogel DS-W20-4 
Vogel DU 56N2075-50+MDF IEC60034 3N MotS1 50Hz 0.075KW 2700r/min 
Vogel DU56N2075+140 电机
Vogel DU56N2075-50+29E 电机
Vogel FB30J2M04H030006BD4140AF07 润滑装置
Vogel Id.Nr.302582 齿轮箱
Vogel id.Nr.302584   Typ  MKSH4 齿轮箱
Vogel ID:203253 L25 i=1.0 BA30 齿轮箱
Vogel IEC60034 (du56n2075+298) 
Vogel KFA10-W   + KFA1U1     04-059.948 
Vogel L 300 
Vogel L100/1，0/BA30 齿轮箱
Vogel L200/1.0/ba30 
Vogel L23 i=1.0 Nr.202972 齿轮箱                        
Vogel LC3002-I 471 IG54-20-S4 
Vogel MA-2507 MVF5-22222 
Vogel MFE2-F-150-S6 
Vogel MFE2-F180-2000+299 润滑泵
Vogel MFE2-S13+100 齿轮泵
Vogel MFE2-S13-140 
Vogel MFE5-BW3-2+299 齿轮箱
Vogel MFE5-BW7-V64V+1FV 
Vogel MFE5-KW3-2-S83+299 电机                        
Vogel MFE5-KW3-2-S83-299 
Vogel MH400  ID:289243 齿轮箱
Vogel MH400/ID:299322 齿轮箱
Vogel MKL2-KW3-23042 
Vogel MKSHF 32 479029 002, 300941, 减速机
Vogel MKU11-KW2-K005 齿轮泵
Vogel MKU2-KW3-20003+428 齿轮泵
Vogel MKU2-KW6-20006+428 齿轮泵
Vogel ML 25   Nr 241348 
Vogel ML23  Nr 234607 
Vogel ML250 齿轮箱
Vogel MP16 齿轮箱
Vogel MP30/ID:265238 齿轮箱
Vogel MPR200 Nr:297333 齿轮箱
Vogel PMS11C-550A959+140,2753R 
Vogel PMS9C-550+100 
Vogel PRT22H450A903+140  Fabr-Nr:0000698662 
Vogel PSG2/0306Z12/00A1 24-3720-3582 
Vogel PSR0420GG567L26BA 潜水泵
Vogel PSR0420GG567L26BA 潜水泵                        
Vogel PUMPE MFE5-2000+299 230/400V-VOGEL 
Vogel PXA0418GGS584M26AA 
Vogel SPVS1-4-A-G1/8Z 
Vogel TYP OM7 220/380 Y0.52/0.30K 1944 2700R/MIN FLMF12 
Vogel TYPE:MKU11-KW5-K005    AC 220V  50HZ  16bar 0.1L/min 23W 
Vogel UE2/3,0/ID.NR:239625 齿轮箱
Vogel UE2/I=1/C/E 齿轮箱
Vogel UE2/I=1/C/E/200 齿轮箱
Vogel UE2/i=1/D/E/200 齿轮箱
Vogel UEF2 i=3：1 B/E/122 齿轮箱
Vogel Vogel 
Vogel Vogel-ML300  A.-Nr 501196001 id.Nr:293876 i=5.0  BA 50  14/14 
Vogel VPBG-6-ZY 步进式(油)分配器
Vogel WS35-2/210MM 
Vogel Z M505-3 
Vogel ZM2203-S1+100 叶片泵
Vogel ZP1002-S2 齿轮泵
Vogel ZP505 齿轮泵
Vogt x50150075.10 轴套
Vogt X60280090.10 轴套
VOGTLIN FLV-CSSS-SM-I N2：0-265ln/h  P1：1.5bar a/P2：1bar a 流量计
Voith 31109-200.4 02/04 
Voith 31115-200.4 37/02 
Voith 79000900041010/2/06/10/MN 
Voith CTO-B45202 
Voith D41-6-315AZ-3061S Material THL3196310      Serial  Nr.   /1137 
Voith Digital position sensor+THL.79000900080114 Magnetic scale +THL.79000900040010 
Voith DK55.0-6-250P-3215K 流量控制阀
Voith DS-100-PO-300-S-P 251.00003511 
Voith DSG-B 05   242 S/N:4242866 P/N:91868280 
Voith DSG-B07212 电液转换器
Voith H68.554010 
Voith HS3-ARS-232 
Voith HS4-SV1 250.00674410 
Voith ICPA5-40-101 内啮合齿轮泵
Voith IPC /5-/40  H56.542210  00201 48551 /1440                         
Voith IPC 5/-50/101  H56.542010  00201 48544 /1440 
Voith IPC 5-40 601  H56.687710  0020029497/1302 
Voith IPC6-125  NR:2460909 
Voith IPC6-125  NR:2460913 
Voith IPC6-125 H56545010 251707 齿轮泵
Voith IPNL 5-100 141 
Voith IPNL/V 5/3-100/6,3 241                         
Voith IPV /3-/6.3                         
Voith IPV 5-50 101 齿轮泵

德国VOGEL PPU-35气动润滑泵

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