步进电机的M16驱动

此程序可驱动五引线步进电机，通过按键可控制步进电机的转速、方向、三种驱动方式，三种驱动方式分别为：单四拍驱动、双四拍驱动、单双八拍驱动，其中以单双八拍驱动转速最慢。具体联接方式在程序中有说明。

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* 步进电机的M16驱动程序 *

* 功 能：用M16驱动步进电机 *

* 实现三种驱动方式 *

* 单四拍驱动、双四拍驱动 *

* 单双八拍驱动 *

* 联接方式：PC0-3分别通过2803接A-D *

* 步进电机公共端接 5V电源 *

* 建立日期：2008年04月05日 *

* 修改日期：2008年04月06日 *

* 主控芯片：M16 *

* 时钟频率：外部晶体 7.3728MHZ *

* 编 译 器：ICCAVR 6.31A *

************************************/

#include

#include

#include "delay.h"

#define RD_KEY() ((~(PINC|0x0F))>>4)//四按键接于PC4-PC7

unsigned char i=0; //转动计数

unsigned char m=1; //驱动方式参数

unsigned char n=0; //转动方向参数

unsigned int zhuansu=61500; //转速数据

/****************************

* 端口配置函数 *

****************************/

void port_init(void)

{

PORTA = 0x40;

DDRA = 0x40;

PORTB = 0x00;

DDRB = 0x00;

PORTC = 0xF0;

DDRC = 0x0F;

PORTD = 0x00;

DDRD = 0x00;

}

/****************************

* 正转操作函数 *

* 入 口：a 三种工作方式 *

****************************/

void bj_fs(unsigned char a)

{

switch(a)

{

case 1: //单四拍方式驱动

PORTC |= 1<

if(i>=4)i=0;

break;

case 2: //双四拍方式驱动

if(i!=4) //AB、BC、CD、DA驱动

PORTC |= (1<

PORTC |= (1<<(i-1))|1;

i ;

if(i>=5)i=1;

break;

case 3: //单双八拍方式驱动

if(i%2) //A、AB、B、BC、C、CD、D、DA驱动

{

if(i!=7)

PORTC |= (1<<(i/2))|(1<<(i/2 1));

else

PORTC |= (1<<(i/2))|1;

}

else

{

PORTC |= 1<<(i/2);

}

i ;

if(i>=8)i=0;

break;

default:break;

}

}

/****************************

* 反转操作函数 *

* 入 口：a 三种工作方式 *

****************************/

void bj_fsf(unsigned char a)

{

switch(a)

{

case 1: //单四拍方式驱动

PORTC |= 1<<(3-i); //D、C、B、A驱动

i ;

if(i>=4)i=0;

break;

case 2: //双四拍方式驱动

if(i!=4) //AD、CD、BC、AB驱动

PORTC |= (1<<(3-i))|(1<<(4-i));

else

PORTC |= (1<<(i-1))|1;

i ;

if(i>=5)i=1;

break;

case 3: //单双八拍方式驱动

if(i%2) //DA、D、CD、C、BC、B、AB、A驱动

{

PORTC |= 1<<(3-i/2);

}

else

{

if(i)

PORTC |= (1<<(3-i/2))|(1<<(4-i/2));

else

PORTC |= (1<<(3-i/2))|1;

}

i ;

if(i>=8)i=0;

break;

case 4:

default:break;

}

}

/****************************

* 定时器1配置函数 *

* 工作模式：普通模式 *

* 工作方式：溢出中断 *

* 预 分 频：64 *

* 时钟频率：外部7.3728MHZ *

****************************/

void timer1_init(void)

{

TCCR1B = 0x00;

TCNT1H = zhuansu>>8;

TCNT1L = zhuansu&0xFF;

TCCR1A = 0x00;

TCCR1B = 0x02;

}

/****************************

* 定时器1中断函数 *

****************************/

#pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr:9

void timer1_ovf_isr(void)

{

TCNT1H = zhuansu>>8;

TCNT1L = zhuansu&0xFF;

PORTC &= 0xF0;

if(n)

bj_fsf(m); //反转

else

bj_fs(m); //正转

}

/****************************

* 器件初始化函数 *

****************************/

void init_devices(void)

{

CLI();

port_init();

timer1_init();

MCUCR = 0x00;

GICR = 0x00;

TIMSK = 0x04;

SEI();

}

/****************************

* 主函数 *

****************************/

void main(void)

{

unsigned char key,key1;

init_devices();

while(1)

{

key=RD_KEY(); //按键扫描

if(key)

{

delay_ms(20);

key1=RD_KEY();

if(key==key1)

{

switch(key) //按键有效，相应处理

{

case 0x01: //S1键处理：转速增加

zhuansu = 100;

if(zhuansu>62000)zhuansu=62000;

break;

case 0x02: //S2键处理：转速降低

zhuansu -= 100;

if(zhuansu<5000)zhuansu=5000;

break;

case 0x04: //S3键处理：转换驱动方式

m ;

if(m>=4)m=1;

break;

case 0x08: //S4键处理：正反转控制

if(n)

n=0;

else

n=1;

break;

default:break;

}

}

while(key) //等待按键释放

{

delay_ms(10);

key=RD_KEY();

}

}

}

}

完整的工程项目文件如下，此工程已通过验证。2100433B

为了对步进电机的相电流进行控制，从而达到细分步进电机步距角的目的，人们曾设计了很多种步进电机的细分驱动电路。最初，对电机相电流的控制是由硬件来实现的，每一相绕组的相电流用n个晶体管构成n个并联回路来控制，靠晶体管导通数的组合来控制相电流。这种细分驱动电路线路复杂，体积大，成本高，而且电路一旦制造出来就难以改变其细分数，缺乏柔性，因此在的实际应用中已很少采用这种方法。

随着微型计算机的发展，特别是单片计算机的出现，为步进电机的细分驱动带来了便利。步进电机细分驱动电路大多数都采用单片微机控制，它们的构成框图如图2所示。单片机根据要求的步距角计算出各项绕组中通过的电流值,并输出到数模转换器(D/A)中，由D/A把数字量转换为相应的模拟电压，经过环形分配器加到各相的功放电路上，控制功放电路给各相绕组通以相应的电流，来实现步进电机的细分。

单片机控制的步进电机细分驱动电路根据末级功放管的工作状态可分为放大型和开关型两种。放大型步进电机细分驱动电路中末级功放管的输出电流直接受单片机输出的控制电压控制，电路较简单，电流的控制精度也较高，但是由于末级功放管工作在放大状态，使功放管上的功耗较大，发热严重，容易引起晶体管的温漂，影响驱动电路的性能。甚至还可能由于晶体管的热击穿，使电路不能正常工作。因此该驱动电路一般应用于驱动电流较小、控制精度较高、散热情况较好的场合。

开关型步进电机细分驱动电路中的末级功放管工作在开关状态，从而使得晶体管上的功耗大大降低，克服了放大型细分电路中晶体管发热严重的问题。但电路较复杂，输出的电流有一定的波纹。因此该驱动电路一般用于输出力矩较大的步进电机的驱动。随着大输出力矩步进电机的发展，开关型细分驱动电路近年来得到长足的发展。

最常用的开关型步进电机细分驱动电路有斩波式和脉宽调制(PWM)式两种。斩波式细分驱动电路的基本工作原理是对电机绕组中的电流进行检测,和D/A输出的控制电压进行比较，若检测出的电流值大于控制电压，电路将使功放管截止，反之，使功放管导通。这样，D/A输出不同的控制电压，绕组中将流过不同的电流值。脉宽调制式细分驱动电路是把D/A输出的控制电压加在脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路将输入的控制电压转换成相应脉冲宽度的矩形波，通过对功放管通断时间的控制，改变输出到电机绕组上的平均电流。由于电机绕组是一个感性负载，对电流有一定的滤波作用，而且脉宽调制电路的调制频率较高，一般大于20 kHz，因此，虽然是断续通电，但电机绕组中的电流还是较平稳的。和斩波式细分驱动电路相比，脉宽调制式细分驱动电路的控制精度高、工作频率稳定，但线路较复杂。因此，脉宽调制式细分驱动电路多用于综合驱动性能要求较高的场合。脉宽调制式细分驱动电路的关键是脉宽调制，它的作用是将给定的电压信号调制成具有相应脉冲宽度的矩形波。2100433B

步进电机的驱动是靠给步进电机的各相励磁绕组轮流通以电流,实现步进电机内部磁场合成方向的变化来使步进电机转动的。图1是三相反应式步进电机的磁场矢量图。图1的矢量T-A,T-B,T-C为步进电机A，B，C三相励磁绕组分别通电时产生的磁场矢量，T-AB，T-BC，T-CA为步进电机中AB，BC，CA两相同时通电产生的合成磁场矢量。从图1a中可以看出,当给步进电机的A，B，C三相轮流通电时，步进电机的内部磁场从T-A变化到T-B再变化到T-C，即磁场产生了旋转。一般情况下,当步进电机的内部磁场变化一周(360°角)时，电机的转子转过一个齿距，因此，步进电机的步距角θB可表示为： θB=θM/Nr

式中，Nr为步进电机的转子齿数；θM为步进电机运行时两相邻稳定磁场之间的夹角。