CN109245638A - 一种多路步进电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机驱动领域，公开了一种多路步进电机驱动电路，包括用于接收外部输入的控制组件，所述控制组件上电连接有用于驱动步进电机工作的驱动组件，还包括对所述控制组件和驱动组件进行供电的供电组件，所述驱动组件和控制组件均与所述供电组件电连接，所述驱动组件包括多个步进驱动芯片和与所述步进驱动芯片电连接的外围设定电路，所述步进驱动芯片与所述控制组件电连接。本发明具有方便后期运行和维护的效果。

Description

一种多路步进电机驱动电路

技术领域

本发明涉及电机驱动的技术领域，尤其是涉及一种多路步进电机驱动电路。

背景技术

目前电机作为执行元件，广泛应用在各种自动挂控制系统中，电机在工作的过程中若只给电机的端子上接上不变的电压，则无法去控制电机的工作参数，而实际中电机需要控制转速、转矩和位置等，需要随时调节电压电流。

现有的若需要控制电机的工作参数，则需要生成控制信号，这种控制信号是从控制器（如MCU或者DSP）中给出的，不能直接去改变电压电流，所以就需要加一个电机驱动电路，将控制信号真正转化施加给电机的电压电流信号。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：现有的电机驱动一般只驱动一个电机，但需要驱动多个电机时，则需要大量的电机驱动，导致整个电机驱动电路较为复杂，不方便后期的运行和维护。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明在于提供一种多路步进电机驱动电路，具有方便后期运行和维护的效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种多路步进电机驱动电路，包括用于接收外部输入的控制组件，所述控制组件上电连接有用于驱动步进电机工作的驱动组件，还包括对所述控制组件和驱动组件进行供电的供电组件，所述驱动组件和控制组件均与所述供电组件电连接，所述驱动组件包括多个步进驱动芯片和与所述步进驱动芯片电连接的外围设定电路，所述步进驱动芯片与所述控制组件电连接。

通过采用上述技术方案，供电组件对控制组件和驱动组件进行供电，使得控制组件和驱动组件能够正常运行，控制组件接收外部输入，并对外部输入进行处理，控制组件在处理外部输入后输出控制信号至驱动组件，步进驱动芯片对、接收控制信号并对步进电机进行驱动，从而对多个步进电机进行控制，当步进电机的运行出现问题时，工人只需对驱动组件进行检修即可，从而方便了后期的运行和维护。

本发明进一步设置为：所述控制组件包括单片机芯片、电连接在所述单片机芯片上的外围电路、电连接在所述单片机芯片上的收发电路、电连接在所述单片机芯片上且与所述步进驱动芯片电连接的脉冲输出电路、电连接在所述单片机芯片上且与所述步进驱动芯片电连接的控制信号输出电路。

通过采用上述技术方案，收发电路接收外部输入并传输至单片机芯片处，从而使得单片机芯片能够对外界的信号进行处理，单片机芯片处理后输出控制信号至脉冲输出电路和控制信号输出电路，从而对步进驱动芯片进行控制，实现步进电机的运行。

本发明进一步设置为：所述收发电路包括电连接在所述单片机芯片上的八引脚的收发器芯片、电连接在所述收发器芯片8脚上的电容C124、串联在所述收发器芯片7脚上的电阻R173和电阻R181、串联在所述收发器芯片6脚上的电阻R174和电阻R182，所述收发器芯片1-4脚均与所述单片机芯片电连接，所述收发器芯片5脚接地，8脚接供电组件。

通过采用上述技术方案，收发器芯片接收外部输入并转换成单片机芯片能够处理的数据形式，从而使得单片机芯片能够及时的根据外部输入输出相应的控制信号。

本发明进一步设置为：所控制信号输出电路包括设置在所述单片机芯片与所述步进驱动芯片之间的脉冲信号电路、设置在所述脉冲信号电路与所述步进驱动芯片之间的方向信号电路、设置在所述脉冲信号电路与所述步进驱动芯片之间的使能信号电路。

通过采用上述技术方案，在脉冲信号电路、使能信号电路和方向信号电路的作用下，步进电机能够进行根据控制信号的不同而做出相应的工作。

本发明进一步设置为：所述脉冲信号电路包括第一斯密特触发反相器、第二斯密特触发反相器和第三斯密特触发反相器,所述第一斯密特触发反相器、第二斯密特触发反相器和第三斯密特触发反相器均为6路斯密特触发反相器，所述第一斯密特触发反相器的6路输入端接单片机芯片，6路输出端接步进驱动芯片，所述第二斯密特触发反相器的6路输入端接单片机芯片，6路输出端接步进驱动芯片，所述第三斯密特触发反相器的6路输入端接单片机芯片，4路输出端接步进驱动芯片，剩余两路接所述方向信号电路和所述使能信号电路。

通过采用上述技术方案，第一斯密特触发反相器、第二斯密特触发反相器和第三斯密特触发反相器将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的输出信号，从而使得步进电机的控制较为精确。

本发明进一步设置为：第一斯密特触发反相器、第二斯密特触发反相器和第三斯密特触发反相器与所述步进驱动芯片之间通过光电耦合器电连接。

通过采用上述技术方案，光电耦合器的电气隔离效果，使得电路之间不易产生相互的干扰，从而使得步进电机的控制较为精确。

本发明进一步设置为：所述方向信号电路包括光电耦合器P2、电阻R8、电阻R11和电容C12，光电耦合器P2中的发光二极管的正极与电阻R8电连接，电阻R8与供电组件电连接，光电耦合器P2中的发光二极管的负极与第三斯密特触发反相器的输出端电连接，光电耦合器P2中的光敏三极管的集电极与供电组件电连接，发射极与电阻R11、电容C12电连接，电阻R11和电容C12接地，电容C12远离接地端的一端为方向信号输出端，与步进驱动芯片电连接。

通过采用上述技术方案，光电耦合器P2中的发光二极管的负极为低电平时，发光二极管发光，从而使得光敏三极管导通，从而使得方向信号输出端向步进驱动芯片输出电压，从而使得步进驱动芯片产生控制动作，对步进电机的转动方向进行控制。

本发明进一步设置为：所述使能信号电路包括光电耦合器P1、电阻R4、电阻R5和电容C7，光电耦合器P1中的发光二极管的正极与电阻R4电连接，电阻R4与供电组件电连接，光电耦合器P1中的发光二极管的负极与第三斯密特触发反相器的输出端电连接，光电耦合器P1中的光敏三极管的集电极与供电组件电连接，发射极与电阻R5、电容7电连接，电阻5和电容C7接地，电容C7远离接地端的一端为使能信号输出端，与步进驱动芯片电连接。

通过采用上述技术方案，光电耦合器P1中的发光二极管的负极为低电平时，发光二极管发光，从而使得光敏三极管导通，从而使得使能信号输出端向步进驱动芯片输出电压，从而使得步进驱动芯片产生控制动作，使步进电机能够运行。

本发明进一步设置为：所述供电组件包括第一电压输出电路和第二电压输出电路，所述第一电压输出电路包括第一降压芯片和第一稳压芯片，所述第一降压芯片与所述第一稳压芯片电连接，所述第二电压输出电路包括第二降压芯片和第二稳压芯片，所述第二降压芯片与所述第二稳压芯片电连接。

通过采用上述技术方案，第一电压输出电路和第二电压输出电路输出不同的电压信号，从而为不同电压要求的芯片进行供电，从而使得步进电机能够正常运行。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过设置驱动组件和控制组件，控制组件向驱动组件传输控制信号，驱动组件通过控制信号对步进电机进行控制，当步进电机的数量增加时，只需增加驱动组件的数量，从而方便后期的运行和维护。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为体现第一电压输出电路和第二电压输出电路的系统框图；

图3为第一电压输出电路的电路图；

图4为第二电压输出电路的电路图；

图5为体现单片机芯片与外围电路的系统框图；

图6为控制组件的电路图；

图7为收发电路的电路图；

图8为脉冲输出电路的电路图；

图9为控制信号输出电路的电路图；

图10为驱动组件的系统框图；

图11为驱动组件的电路图。

附图标记：1、控制组件；11、单片机芯片；12、外围电路；13、收发电路；14、脉冲输出电路；15、控制信号输出电路；151、脉冲信号电路；152、方向信号电路；153、使能信号电路；2、驱动组件；21、步进驱动芯片；22、外围设定电路；23、光电耦合器；3、供电组件；31、第一电压输出电路；311、第一降压芯片；312、第一稳压芯片；32、第二电压输出电路；321、第二降压芯片；322、第二稳压芯片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种多路步进电机驱动电路，包括控制组件1、驱动组件2和供电组件3，控制组件1和驱动组件2电连接，驱动组件2和控制组件1均与供电组件3电连接。

参考图2和图3，供电组件3包括第一电压输出电路31和第二电压输出电路32，第一电压输出电路31包括第一降压芯片311和第一稳压芯片312，第一降压芯片311的型号为XL7005A，第一稳压芯片312的信号为LM2576HVS-5.0。第一降压芯片311的1脚和7脚上并联有七个电容和一个瞬态抑制二极管，瞬态抑制二极管的型号为SMCJ58CA，第一降压芯片311的5、6、7脚相连且接地，瞬态抑制二极管远离接地端的一端连接有肖特基整流管，型号为MBRD20100CT，瞬态抑制二极管与肖特基整流管的3脚电连接，肖特基整流管的1脚和2脚连接后接输入Vin1，瞬态抑制二极管远离接地端的一端输出24.1V电压。第一降压芯片311的4脚和8脚相连后接地，第一降压芯片311的2脚上电连接有二极管D1和电感L1，二极管D1的正极接地，电感L1远离二极管D1的一端上串连有电阻R156和电阻R157，电阻R157远离电阻R156的一端接地，电阻R156远离电阻R157的一端上电连接有电容C109，电容C109的两端分别位于电阻R156、电阻R156和电阻R157的连接中点处。电感L1远离二极管D1的一端上还电连接有四个并联且接地的电容，四个电容分别为电容C110、电容C111、电容C112和电容C113，电容C113远离接地端的一端输出5V电压。

第一稳压芯片312的1脚接24.1V，5脚和3脚接地，2脚电连接有正极接地的二极管D5和电感L4，电感L4远离二极管D5的一端电连接有电容CE40，电容CE40接地，4脚与2脚电连接，也与电感L4和电容CE40的连接中点电连接，电容CE40远离接地端的一端输出5V电压。

参考图2和图4，第二电压输出电路32包括第二降压芯片321和第二稳压芯片322，第二降压芯片321的型号为XL7005A，第二稳压芯片322的信号为LM2576S-3.3。第二降压芯片321的1脚和7脚上并联有电容C115和电容CE39，电容C115和电容CE39同时接地，电容CE39远离接地端的一端输出24.2V电压。电容CE39的两端连接有共模电感L3，共模电感L3的3脚和4脚与电容CE39的两端电连接，共模电感L3的1脚和2脚之间连接有瞬态抑制二极管，瞬态抑制二极管的型号为SMBJ48CA，瞬态抑制二极管的一端电连接有二极管D4和第一保险丝，另一端电连接有第二保险丝，第一保险丝远离瞬态抑制二极管的一端接输入Vin2，第二保险丝远离瞬态抑制二极管的一端接输入Vss2。第二降压芯片321的5、6、7脚相连且接地。第二降压芯片321的4脚和8脚相连后接地，第二降压芯片321的2脚上电连接有二极管D2和电感L2，二极管D2的正极接地，电感L2远离二极管D2的一端上串连有电阻R158和电阻R159，电阻R158远离电阻R159的一端接地，电阻R158远离电阻R159的一端上电连接有电容C116，电容C116的两端分别位于电阻R158、电阻R158和电阻R159的连接中点处。电感L2远离二极管D2的一端上还电连接有四个并联且接地的电容，四个电容分别为电容C117、电容C118、电容C119和电容C120，电容C120远离接地端的一端输出3.3V电压。

第二稳压芯片322的1脚接24.2V，5脚和3脚接地，2脚电连接有正极接地的二极管D6和电感L5，电感L5远离二极管D6的一端电连接有电容CE41，电容CE41接地，4脚与2脚电连接，也与电感L5和电容CE41的连接中点电连接，电容CE41远离接地端的一端输出3.3V电压。

参考图5和图6，控制组件1包括单片机芯片11、外围电路12、收发电路13、脉冲输出电路14和控制信号输出电路15。单片机芯片11的型号为STM32F446RC，外围电路12包括8MHZ的晶振Y1、电容C2、电容C3、电阻R2、电容C5、电容C6、电容C11、电容C10、电阻R7、电容C8、电容C9、电容C4、电容C1和电阻R1，晶振Y1的两端分别与单片机芯片11的5脚和6脚电连接，晶振Y1的两端上分别与电容C2和电容C3电连接，电容C2和电容C3远离晶振Y1的一端共同接地。电阻R2与单片机芯片11的7脚电连接后接3.3V电压，单片机芯片11的12脚接地，电容C5的两端分别与单片机芯片11的7脚和12脚电连接。单片机芯片11的13脚接3.3V，单片机芯片11的13脚与电容C6电连接，电容C6远离13脚的一端接地。单片机芯片11的18脚接地，19脚接3.3V电压，电容C11的两端分别与单片机芯片11的18脚和19脚电连接。电容C10和电阻R7均与单片机芯片11的20脚电连接，电容C10和电阻R7远离单片机芯片1120脚的一端接地。电容C9电连接在单片机芯片11的30脚上且接地，电容C8的两端分别与单片机芯片11的31脚和32脚电连接，单片机芯片11的31脚接地，32脚接3.3V。电容C4的两端分别与单片机芯片11的47脚和48脚电连接，单片机芯片11的47脚接地，48脚接3.3V。电容C1的两端分别与单片机芯片11的63脚和64脚电连接，单片机芯片11的63脚接地，64脚接3.3V，电阻R1电连接在单片机芯片11的60脚上。

参考图5和图7，收发电路13设置有两组，两组收发电路13的电路结构均相同，收发电路13包括收发器芯片、电容C124、电阻R173、电阻R181、电阻R174和电阻R182，收发芯片的型号为SN65HVD08D，收发器芯片的5脚接地，8脚接3.3V电压。收发器芯片的1-4脚均单片机芯片11电连接，电容C124与收发器芯片的8脚电连接，电阻R173和电阻R181串联在收发器芯片的7脚上，电阻R174和电阻R182串联在收发器芯片的6脚。

参考图5和图8，脉冲输出电路14包括电阻R190、电阻R178、电容C130、运算放大器U24、电容C128、电阻R180、光电耦合器P19、光电耦合器P20、光电耦合器U27、运算放大器U25、电阻R177、电容C129、电阻R191、电阻R192和电阻R179，运算放大器U24的型号为LMV358IDR，运算放大器U25的型号为LMV358IDR。电阻R178的一端和单片机芯片11电连接，另一端与运算放大器U24的3脚电连接，电容C130与运算放大器U24的3脚电连接后接地。电容C128的两端分别与运算放大器U24的1脚和2脚电连接，电阻R190与运算放大器U24的2脚电连接后接地。电阻R180的一端与运算放大器U24的1脚电连接，另一端与光电耦合器P19的1脚和光电耦合器U27的2脚电连接，电容C128远离运算放大器U24的1脚的一端与光电耦合器P19的3脚和光电耦合器U27的4脚电连接。光电耦合器的4脚接3.3V，2脚接光电耦合器P20的1脚，光电耦合器P20的4脚接5V，2脚接地，3脚接光电耦合器U27的5脚。光电耦合器U27的1脚接地，3脚接3.3V，6脚接5V。运算放大器U25的3脚与光电耦合器U27的5脚和光电耦合器P20的3脚电连接，电阻R177和电容C129均光电耦合器U27的5脚电连接且接地。运算放大器U25的2脚与1脚电连接，电阻R191和电阻R192串联后接地，电阻R191远离电阻R192的一端与运算放大器U25的1脚电连接.运算放大器的5脚与电阻R191和电阻R192的连接中点电连接，运算放大器的6脚和7脚电连接，电阻R179与运算放大器的7脚电连接后接驱动组件2。

参考图5和图9，控制信号输出电路15包括脉冲信号电路151、方向信号电路152和使能信号电路153，脉冲信号电路151包括第一斯密特触发反相器、第二斯密特触发反相器和第三斯密特触发反相器,第一斯密特触发反相器、第二斯密特触发反相器和第三斯密特触发反相器均为6路斯密特触发反相器。第一斯密特触发反相器的6路输入端接单片机芯片11，6路输出端接驱动组件2，第一斯密特触发反相器的7脚接地，14脚接3.3V，14脚上电连接有电容C121。第二斯密特触发反相器的6路输入端接单片机芯片11，6路输出端接驱动组件2，第二斯密特触发反相器的7脚接地，14脚接3.3V,14脚上电连接有电容C122。第三斯密特触发反相器的6路输入端接单片机芯片11，4路输出端接驱动组件2，剩余两路接方向信号电路152和使能信号电路153，第三斯密特触发反相器的7脚接地，14脚接3.3V，14脚上电连接有电容C123。

方向信号电路152包括光电耦合器P2、电阻R8、电阻R11和电容C12，光电耦合器P2中的发光二极管的正极与电阻R8电连接，电阻R8与供电组件3电连接，光电耦合器P2中的发光二极管的负极与第三斯密特触发反相器的输出端电连接，光电耦合器P2中的光敏三极管的集电极与供电组件3电连接，发射极与电阻R11、电容C12电连接，电阻R11和电容C12接地，电容C12远离接地端的一端为方向信号输出端，与驱动组件2电连接。

使能信号电路153包括光电耦合器P1、电阻R4、电阻R5和电容C7，光电耦合器P1中的发光二极管的正极与电阻R4电连接，电阻R4与供电组件3电连接，光电耦合器P1中的发光二极管的负极与第三斯密特触发反相器的输出端电连接，光电耦合器P1中的光敏三极管的集电极与供电组件3电连接，发射极与电阻R5、电容7电连接，电阻5和电容C7接地，电容C7远离接地端的一端为使能信号输出端，与驱动组件2电连接。

参考图10和图11，驱动组件2包括16个步进驱动芯片21和步进驱动芯片的外围设定电路22，步进驱动芯片21的型号为TB67S109AFTG。第一斯密特触发反相器通过光电耦合器23电连接有4个步进驱动芯片21，第二斯密特触发反相器通过光电耦合器23电连接有4个步进驱动芯片21，第三斯密特触发反相器通过光电耦合器23电连接有4个步进驱动芯片21，光电耦合器23的型号为TLP2309。光电耦合器23的1脚上电连接有电阻，电阻与脉冲信号电路151电连接。光电耦合器23的3脚接地，4脚接0V，5脚与步进驱动芯片21电连接，6脚接5V。光电耦合器23的6脚上电连接有电容，电容接0V，光电耦合器23的5脚上电连接有电阻，电阻接5V。

本实施例的实施原理为：供电组件3对控制组件1和驱动组件2进行供电，使得控制组件1和驱动组件2能够正常运行，控制组件1接收外部输入，并对外部输入进行处理，控制组件1在处理外部输入后输出控制信号至驱动组件2，步进驱动芯片对、接收控制信号并对步进电机进行驱动，从而对多个步进电机进行控制，当步进电机的运行出现问题时，工人只需对驱动组件2进行检修即可，从而方便了后期的运行和维护。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多路步进电机驱动电路，其特征是：包括用于接收外部输入的控制组件（1），所述控制组件（1）上电连接有用于驱动步进电机工作的驱动组件（2），还包括对所述控制组件（1）和驱动组件（2）进行供电的供电组件（3），所述驱动组件（2）和控制组件（1）均与所述供电组件（3）电连接，所述驱动组件（2）包括多个步进驱动芯片和与所述步进驱动芯片电连接的外围设定电路，所述步进驱动芯片与所述控制组件（1）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种多路步进电机驱动电路，其特征是：所述控制组件（1）包括单片机芯片（11）、电连接在所述单片机芯片（11）上的外围电路（12）、电连接在所述单片机芯片（11）上的收发电路（13）、电连接在所述单片机芯片（11）上且与所述步进驱动芯片电连接的脉冲输出电路（14）、电连接在所述单片机芯片（11）上且与所述步进驱动芯片电连接的控制信号输出电路（15）。

3.根据权利要求2所述的一种多路步进电机驱动电路，其特征是：所述收发电路（13）包括电连接在所述单片机芯片（11）上的八引脚的收发器芯片、电连接在所述收发器芯片8脚上的电容C124、串联在所述收发器芯片7脚上的电阻R173和电阻R181、串联在所述收发器芯片6脚上的电阻R174和电阻R182，所述收发器芯片1-4脚均与所述单片机芯片（11）电连接，所述收发器芯片5脚接地，8脚接供电组件（3）。

4.根据权利要求2所述的一种多路步进电机驱动电路，其特征是：所控制信号输出电路（15）包括设置在所述单片机芯片（11）与所述步进驱动芯片之间的脉冲信号电路（151）、设置在所述脉冲信号电路（151）与所述步进驱动芯片之间的方向信号电路（152）、设置在所述脉冲信号电路（151）与所述步进驱动芯片之间的使能信号电路（153）。

5.根据权利要求4所述的一种多路步进电机驱动电路，其特征是：所述脉冲信号电路（151）包括第一斯密特触发反相器、第二斯密特触发反相器和第三斯密特触发反相器,所述第一斯密特触发反相器、第二斯密特触发反相器和第三斯密特触发反相器均为6路斯密特触发反相器，所述第一斯密特触发反相器的6路输入端接单片机芯片（11），6路输出端接步进驱动芯片，所述第二斯密特触发反相器的6路输入端接单片机芯片（11），6路输出端接步进驱动芯片，所述第三斯密特触发反相器的6路输入端接单片机芯片（11），4路输出端接步进驱动芯片，剩余两路接所述方向信号电路（152）和所述使能信号电路（153）。

6.根据权利要求5所述的一种多路步进电机驱动电路，其特征是：第一斯密特触发反相器、第二斯密特触发反相器和第三斯密特触发反相器与所述步进驱动芯片之间通过光电耦合器电连接。

7.根据权利要求4所述的一种多路步进电机驱动电路，其特征是：所述方向信号电路（152）包括光电耦合器P2、电阻R8、电阻R11和电容C12，光电耦合器P2中的发光二极管的正极与电阻R8电连接，电阻R8与供电组件（3）电连接，光电耦合器P2中的发光二极管的负极与第三斯密特触发反相器的输出端电连接，光电耦合器P2中的光敏三极管的集电极与供电组件（3）电连接，发射极与电阻R11、电容C12电连接，电阻R11和电容C12接地，电容C12远离接地端的一端为方向信号输出端，与步进驱动芯片电连接。

8.根据权利要求4所述的一种多路步进电机驱动电路，其特征是：所述使能信号电路（153）包括光电耦合器P1、电阻R4、电阻R5和电容C7，光电耦合器P1中的发光二极管的正极与电阻R4电连接，电阻R4与供电组件（3）电连接，光电耦合器P1中的发光二极管的负极与第三斯密特触发反相器的输出端电连接，光电耦合器P1中的光敏三极管的集电极与供电组件（3）电连接，发射极与电阻R5、电容7电连接，电阻5和电容C7接地，电容C7远离接地端的一端为使能信号输出端，与步进驱动芯片电连接。

9.根据权利要求1所述的一种多路步进电机驱动电路，其特征是：所述供电组件（3）包括第一电压输出电路（31）和第二电压输出电路（32），所述第一电压输出电路（31）包括第一降压芯片（311）和第一稳压芯片（312），所述第一降压芯片（311）与所述第一稳压芯片（312）电连接，所述第二电压输出电路（32）包括第二降压芯片（321）和第二稳压芯片（322），所述第二降压芯片（321）与所述第二稳压芯片（322）电连接。