CN2759053Y - 步进电机调速控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种步进电机调速控制电路，由单片机(CPU)和数模转换芯片(D/A)、驱动芯片(DR)以及电位器(W1)、电阻(R1)～(R5)、电容(C1)～(C3)组成；其中单片机(CPU)采用AT89C2051芯片，数模转换芯片(D/A)采用NJU39610芯片，驱动芯片(DR)采用NJM3771芯片，可使步进电机转速稳定，不受电网频率影响，提高了粘度测量精度。

Description

步进电机调速控制电路

技术领域

本实用新型涉及调速控制电路，特别是一种步进电机调速控制电路。

背景技术

电机调速控制电路是在线数显粘度计电路的重要组成部分，现有的数显粘度计多采用交流同步电机，速度调节主要通过齿轮变速机构来实现，机械结构较复杂；交流同步电机的转速与电网频率之间存在一恒定比例关系，电网频率发生变化，电机转速也会相应变化，影响测量精度。

发明内容

本实用新型为了解决在线粘度计电机调速所存在的技术问题，而提供一种步进电机调速控制电路。

根据上述目的，本实用新型提供一种步进电机调速控制电路，由单片机CPU和数模转换芯片D/A、驱动芯片DR以及电位器W1、电阻R1～R5、电容C1～C3组成；

其中单片机CPU的数据总线P10-P17与数模转换芯片D/A的数据线D0-D7依次相连，控制总线P33、P34、P37与数模转换芯片D/A的控制线A0、A1、/WR依次相连；

其中数模转换芯片D/A的模拟输出端口DA1、DA2与驱动芯片DR的模拟输入端口VR1、VR2依次相连，相位输出端口SIGN1、SIGN2与驱动芯片DR的相位输入端口PH1、PH2依次相连，电流衰减输出端口CD1、CD2与驱动芯片DR的电流衰减输入端口CD1、CD2依次相连，电压基准端口VREF与电位器W1的中间抽头连接，电位器W1一端接+5V电源，另一端接地；

其中驱动芯片DR的频率输入端口RC与电阻R1、电容C1的一端连接，电阻R1的另一端与+5V相连，电容C1的另一端接地；驱动电流输出端口E1与电阻R2、R3的一端连接，比较器输入端口CM1与电阻R3的另一端、电容C2的一端连接，电阻R2的另一端、电容C2的另一端接地；驱动电流输出端口E2与电阻R4、R5的一端连接，比较器输入端口CM2与电阻R5的另一端、电容C3的一端连接，电阻R4的另一端、电容C3的另一端接地；电机输出端口MA1、MB1、MA2、MB2分别与步进电机M的定子绕组L1、L2相连。

上述电路，其中单片机CPU采用AT89C2051芯片，数模转换芯片D/A采用NJU39610芯片，驱动芯片DR采用NJM3771芯片。

本实用新型由于采用了以上技术措施，由单片机、数模转换芯片和驱动芯片组成步进电机调速电路，使步进电机转速稳定，不受电网频率影响，提高了粘度测量精度。

附图说明

附图是本实用新型的电路图。

具体实施方式

如附图所示，步进电机驱动电路由单片机CPU、数模转换芯片D/A、驱动芯片DR组成，步进电机M是二相步进电机，L1绕组为一相，L2绕组为另一相。单片机CPU内置程序，对整个电路系统进行智能调节和控制，数模转换芯片D/A受单片机CPU直接控制，数模转换芯片D/A的输出控制着驱动芯片DR。数模转换芯片D/A最主要的任务是进行数模转换，单片机CPU通过接口P10-P17给数模转换芯片D/A输送数字量，由数模转换芯片D/A内部的电阻网络转换为模拟电压信号输出。数模转换芯片D/A的两相数模转换电压输出端口DA1、DA2与驱动芯片DR的相应端口VR1、VR2连接，经驱动芯片DR内部功率管放大后，决定步进电机M的两相绕组线圈L1、L2的电流大小。电位器W1中间抽头给数模转换芯片D/A内部的数模转换器提供电压基准，该电压基准越大，则数模输出的总体电压信号也越大，最终步进电机M的总体驱动电流也越大，步进电机M转动的力矩也越大，带负载能力也越强，但并不是越大越好，步进电机M驱动电流增大，一般来说抖动也会增加，实际应用中可根据具体需要调整该电压基准。数模转换芯片D/A的两相相位输出端口SIGN1、SIGN2与驱动芯片DR的相应端口PH1、PH2连接，经过驱动芯片DR内部的开关切换，控制步进电机M两个绕组L1、L2的线圈电流方向。数模转换芯片D/A的两相电流衰减输出CD1、CD2与驱动芯片DR的相应端口连接，控制步进电机M的线圈电流衰减模式，实际应用中可根据需要选择使电机运转平稳的衰减模式。

控制步进电机M的线圈驱动电流大小是通过驱动芯片DR内部功率管的PWM(脉宽调制)工作方式来实现的。电阻R1、电容C1与驱动芯片DR的端口RC相连，与驱动芯片DR的内部电路组成振荡电路，为PWM调制提供较高的基本工作频率。与驱动芯片DR的端口E1、E2相连的电阻R2、R4是步进电机M驱动电流的检测电阻，将电流转换为电压，而电阻R3、电容C2及电阻R5、电容C3组成RC阻容滤波器，检测电阻的电压通过滤波器滤波，去除一些高频噪声干扰，提高信噪比，再进入驱动芯片DR的比较器输入CM1、CM2，作为步进电机M驱动电流的反馈输入。在驱动芯片DR的内部，比较器CM1、CM2输入的电压与数模输入VR1、VR2的电压进行比较，控制和调整驱动芯片DR内部功率管的开关脉冲占空比，进行脉宽调制，达到准确控制驱动电流大小的目的。

粘度计的电机转速不高，但要求运转平稳，而一般步进电机的步距角为1.8度，低速运转时抖动仍然较大。为了消除抖动，必须对步距角进行细分，数模转换芯片D/A和驱动芯片DR这一芯片组在单片机CPU的控制和协调下能较好的实施细分任务，该芯片组最高能达到32细分。设定数模转换芯片D/A的基准输入电压为Vr，假设步进电机M的转子停在第一相的位置，在单片机CPU的控制下，第一个节拍，数模转换芯片D/A的数模输出端口DA1＝(31/32)Vr、DA2＝(1/32)Vr，经过驱动芯片DR的功率放大，两相线圈中的电流比例也是31∶1，这样步进电机M就从第一相向第二相旋转(1.8/32)度，第二个节拍，数模输出DA1＝(30/32)Vr、DA2＝(2/32)Vr，步进电机M就从第一相向第二相又旋转(1.8/32)度，依此类推，到DA1＝(16/32)Vr、DA2＝(16/32Vr)时，步进电机M总共旋转了0.9度，用了16个节拍，接下来，从DA1＝(15/32)Vr、DA2＝(17/32)Vr到DA1＝0、DA2＝Vr，步进电机M又用了16个节拍旋转了0.9度，这样原来一个节拍旋转1.8度变成了32个节拍旋转1.8度，达到了细分目的，这时单片机CPU控制数模转换芯片D/A改变SIGN1、SIGN2的相位方向，使步进电机M两相线圈L1、L2中的电流方向各自反向，并重复刚才的细分过程，只不过这时DA1由小变大，从(1/32)Vr逐步递增到Vr，而DA2由大变小，从(31/32)Vr逐步递减到0，这样步进电机M就能够连续细分运转。

步进电机M的转速直接与外部的控制节拍成正比。单片机CPU工作节拍时间准确度很高，误差不超过万分之一，所以步进电机M转速的重复性很好，能达到很高的精度，与电网频率无关。单片机的工作节拍可根据外部输入由内部程序进行调整，相应的步进电机M的转速也因此而变化，这样就省去了交流同步电机的齿轮调速机构，简化了机械装置，使得整机体积有了一定程度的减小，重量也得到了减轻。该工作电路由于采用了32细分的方式，极大的降低了步进电机M的低速抖动，也降低了传动装置的噪声，电机系统运转更加平稳安静。

Claims (2)

1、一种步进电机调速控制电路，其特征是：由单片机(CPU)和数模转换芯片(D/A)、驱动芯片(DR)以及电位器(W1)、电阻(R1)～(R5)、电容(C1)～(C3)组成；

其中单片机(CPU)的数据总线(P10)-(P17)与数模转换芯片(D/A)的数据线(D0)-(D7)依次相连，控制总线(P33)、(P34)、(P37)与数模转换芯片(D/A)的控制线(A0)、(A1)、(/WR)依次相连；

其中数模转换芯片(D/A)的模拟输出端口(DA1)、(DA2)与驱动芯片(DR)的模拟输入端口(VR1)、(VR2)依次相连，相位输出端口(SIGN1)、(SIGN2)与驱动芯片(DR)的相位输入端口(PH1)、(PH2)依次相连，电流衰减输出端口(CD1)、(CD2)与驱动芯片(DR)的电流衰减输入端口(CD1)、(CD2)依次相连，电压基准端口(VREF)与电位器(W1)的中间抽头连接，电位器(W1)一端接+5V电源，另一端接地；

其中驱动芯片(DR)的频率输入端口(RC)与电阻(R1)、电容(C1)的一端连接，电阻(R1)的另一端与+5V相连，电容(C1)的另一端接地；驱动电流输出端口(E1)与电阻(R2)、(R3)的一端连接，比较器输入端口(CM1)与电阻(R3)的另一端、电容(C2)的一端连接，电阻(R2)的另一端、电容(C2)的另一端接地；驱动电流输出端口(E2)与电阻(R4)、(R5)的一端连接，比较器输入端口(CM2)与电阻(R5)的另一端、电容(C3)的一端连接，电阻(R4)的另一端、电容(C3)的另一端接地；电机输出端口(MA1)、(MB1)、(MA2)、(MB2)分别与步进电机M的定子绕组(L1)、(L2)相连。

2、根据权利要求1所述的电路，其特征是：其中单片机(CPU)采用AT89C2051芯片，数模转换芯片(D/A)采用NJU39610芯片，驱动芯片(DR)采用NJM3771芯片。

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