一种摇杆控制的步进电机驱动装置制造方法
一种摇杆控制的步进电机驱动装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种摇杆控制的步进电机驱动装置，其包括摇杆电位器、单片机、驱动电路、与驱动电路相连的电机、以及为上述器件提供电力的电源电路，所述摇杆电位器输出电压模拟信号到单片机，作为驱动装置的输入控制端，所述单片机采用ATMEGA16单片机获取模拟电压信号，并通过AD转换器将转换为数字量，产生脉冲信号输入到驱动电路，所述驱动电路由L297和L298芯片组合构成，通过输入的脉冲信号产生步进电机的驱动相序控制步进电机正反转和转动步数。该新型步进电机驱动装置成本低、驱动能力大、动作快、损耗低，能够稳定的工作，可以实现对复杂机械的控制。
【专利说明】 一种摇杆控制的步进电机驱动装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及单片机控制【技术领域】，特别涉及一种新型的步进电机驱动器装置。
【背景技术】
[0002]在当今电子信息行业日趋发展的时代，数字化技术在引领新时代科技发展的浪潮中体现着越来越重要的作用，而步进电机又是数字化技术中非常重要的一种机器。步进电机具有以下优点:转矩大，惯性小，响应频率高；停止时有一定的自锁功能；定位精度高、可重复性好、无积累误差、控制简单、可用于开环控制。基于以上优点，步进电机作为自动控制系统中的重要执行部件，已在许多工业控制系统中得到了应用。
[0003]传统情况下，当电机和负载确定后，整个系统的性能完全取决于控制方法。步进电机的工作必须使用专用设备一步进电机驱动器。驱动器针对每一个步进脉冲，按一定的规律向电机各相绕组通电(励磁)，以产生必要的转矩，驱动转子转动。在生产过程中需要步进电机在正反转、转速、转数等方面做出相应的调整，需要停机，输入指令、更改程序，从软件入手进行调节。这样既浪费时间，也降低了企业生产效率。
[0004]基于上述问题，提出本实用新型摇杆控制步进电机，可快速控制步进电机启停、正反转，精确控制电机转动步数，使电机能够灵活、可靠运行，更利于自动化控制、工业生产加工行业。本实用新型可在很多方面得到应用:摇杆作为简单的输入端，可以实现对复杂机械的控制，小到普通的游戏手柄，大到飞机上的方向控制器都用到摇杆。在科研方面，可以利用本装置控制小车、机器人的行走；在生活方面，可以用来制造利于行走的辅助设备；在工业生产方面，可以用来控制轧钢机的运行，控制机床的运行等。
【发明内容】
[0005]本实用新型要解决的问题是克服上述缺陷，将摇杆电位器纳入了步进电机控制端，提供了 一种新型步进电机驱动装置。
[0006]为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案:一种摇杆控制的步进电机驱动装置，其特征在于:摇杆电位器输出电压模拟信号到单片机，作为系统的输入控制端；用9V直流电源为内部驱动电路供电，经7805芯片降压后得到5V直流电为单片机供电，电路设计简单，易于实现；采用ATMEGA16单片来采集输入的模拟电压信号，通过AD转换器将模拟信号转换为数字量；驱动电路由L297和L298组合构成，可产生控制步进电机转动的驱动相序。
[0007]作为优选，所述摇杆电位器，最大阻值10ΚΩ，最高使用电压50V，驱动力
5.2 ±2.6N，移动量 0.5±0.4mm。
[0008]作为优选，所述单片机选用ATMEGA16，内部含有8MHZ的晶振，无需外部搭建硬件电路，电路简易，使用方便。9V直流电源经过7805转换后得到5V直流电为单片机供电。
[0009]作为优选，选用L297+L298组合的驱动电路，可以通过输入脉冲产生驱动相序，控制电机转动。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的摇杆电位器图；
[0011]图2为本实用新型所选用单片机ATMEGA16引脚图；
[0012]图3为本实用新型的步进电机驱动原理图；
[0013]图4为本实用新型的一种摇杆控制的步进电机驱动装置控制框图；
[0014]图5为本实用新型的步进电机驱动程序流程图。
【具体实施方式】
[0015]如图1，是一种普通的摇杆电位器，其特征在于:类似滑动变阻器，这里称为“分压器”，每个分压器由一个卷曲导轨形式的电阻和一个可移动的触臂组成。电源的电流从输入端开始，通过卷曲的电阻和触臂，流回操纵杆端口，沿着导轨移动触臂，可以增大或减小作用于流经此电路的电流的电阻值。摇杆电位器两端分别接地和5V直流电压，中间抽头接单片机PAO引脚，当摇动摇杆时，就相当移动滑动变阻器的滑片，相应的输出电压也会随之发生变化。
[0016]如图2，所述ATMEGA16单片机共40个引脚，其包括32个可编程IO端口，分别为PAO?PA7、PBO?PB7、PCO?PC7以及PDO?PD7，电源端口 VCC，接地端口 GND，反向振荡放大器输入端XTAL1，反向振荡放大器输出端XTAL2，复位输入引脚RESET，AD转换模拟基准输入引脚AREF，以及AD转换器的电源AVCC，程序主要用到单片机AD转换模块、定时器模块、以及相应IO端口。
[0017]如图3，所述本实用新型的步进电机驱动原理图，内部包含4信道逻辑驱动电路、2个H桥的高电压、大电流双全桥式驱动器，可同时驱动2个两相步进电机。Vs为电源电压，GND为接地端，C为IOOnF的滤波电容器，VSS逻辑电源电压通过滤波电容C与地连接，Vref为斩波器基准电压输入端，SenseA、SenseB为电流监测端分别经电阻RSA、RSB与地连接，ΕΝΑ、ENB为使能端控制电机的启停，L297通过扫描转数控制输出引脚PDl提供时序信号，INl与单片机引脚PDO引脚相连控制电机的正反转，0UT1, 0UT2和0UT3、0UT4为两路输出可分别接步进电机。
[0018]如图4，所述一种摇杆控制的步进电机驱动装置控制框图，ATMEGA16单片机PAO引脚设置成模拟信号输入端口，接收摇杆电位器输入的模拟信号，单片机将输入的模拟信号转化为数字信号，通过PDl引脚输出转数控制信号到驱动电路，驱动电路产生控制电机转动的相序，实现摇杆对步进电机的转动控制。
[0019]如图5，所述步进电机驱动程序流程图，在AD转换的基础上，定时器模块O产生64分频的定时时钟，通过调用中断函数扫描AD转换得到的变化数字量。在中断子函数中，t匕较相邻两次存储的数值，如果当前值大于前一次的值，PDO引脚输出高电平，表示正转，当前值i减去前一次的数值OReg得到差K，K除以10的商即为电机转数控制信号，通过PDl引脚输出；同理，如果当前值i小于前一次值OReg，PDO引脚输出低电平，表示反转。每次比较结束后，将当前值i赋值给寄存器OReg，作为下一次比较的基准，从而产生循环相序。
[0020]采用上述方案，硬件可调试成功。本实用新型一种摇杆控制的步进电机驱动装置的有益效果是:快速可靠启停，实现步进电机正反转控制，精确控制转动转数，电路简易、体积小、成本低、驱动能力较大、动作快、损耗低，满足稳定的工作要求。
[0021]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种摇杆控制的步进电机驱动装置，其包括摇杆电位器、单片机、驱动电路、与驱动电路相连的电机、以及为上述器件提供电力的电源电路，所述摇杆电位器为输入控制端，所述单片机采用ATMEGA16单片机，所述驱动电路由L297和L298芯片组合构成。
2.根据权利要求1所述的一种摇杆控制的步进电机驱动装置，其特征是:所述ATMEGA16单片机主要用到AD转换模块、定时器模块、以及模拟信号输入引脚(PAO)、正反转电平输出引脚(PDO)、转数控制输出引脚(PDl)。
【文档编号】H02P8/20GK203747710SQ201420016365
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】肖喜鹏, 张加胜, 刘祖超, 陈瑞, 朱守 申请人:中国石油大学(华东)
【专利摘要】本实用新型公开一种摇杆控制的步进电机驱动装置，其包括摇杆电位器、单片机、驱动电路、与驱动电路相连的电机、以及为上述器件提供电力的电源电路，所述摇杆电位器输出电压模拟信号到单片机，作为驱动装置的输入控制端，所述单片机采用ATMEGA16单片机获取模拟电压信号，并通过AD转换器将转换为数字量，产生脉冲信号输入到驱动电路，所述驱动电路由L297和L298芯片组合构成，通过输入的脉冲信号产生步进电机的驱动相序控制步进电机正反转和转动步数。该新型步进电机驱动装置成本低、驱动能力大、动作快、损耗低，能够稳定的工作，可以实现对复杂机械的控制。
【专利说明】 一种摇杆控制的步进电机驱动装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及单片机控制【技术领域】，特别涉及一种新型的步进电机驱动器装置。
【背景技术】
[0002]在当今电子信息行业日趋发展的时代，数字化技术在引领新时代科技发展的浪潮中体现着越来越重要的作用，而步进电机又是数字化技术中非常重要的一种机器。步进电机具有以下优点:转矩大，惯性小，响应频率高；停止时有一定的自锁功能；定位精度高、可重复性好、无积累误差、控制简单、可用于开环控制。基于以上优点，步进电机作为自动控制系统中的重要执行部件，已在许多工业控制系统中得到了应用。
[0003]传统情况下，当电机和负载确定后，整个系统的性能完全取决于控制方法。步进电机的工作必须使用专用设备一步进电机驱动器。驱动器针对每一个步进脉冲，按一定的规律向电机各相绕组通电(励磁)，以产生必要的转矩，驱动转子转动。在生产过程中需要步进电机在正反转、转速、转数等方面做出相应的调整，需要停机，输入指令、更改程序，从软件入手进行调节。这样既浪费时间，也降低了企业生产效率。
[0004]基于上述问题，提出本实用新型摇杆控制步进电机，可快速控制步进电机启停、正反转，精确控制电机转动步数，使电机能够灵活、可靠运行，更利于自动化控制、工业生产加工行业。本实用新型可在很多方面得到应用:摇杆作为简单的输入端，可以实现对复杂机械的控制，小到普通的游戏手柄，大到飞机上的方向控制器都用到摇杆。在科研方面，可以利用本装置控制小车、机器人的行走；在生活方面，可以用来制造利于行走的辅助设备；在工业生产方面，可以用来控制轧钢机的运行，控制机床的运行等。
【发明内容】
[0005]本实用新型要解决的问题是克服上述缺陷，将摇杆电位器纳入了步进电机控制端，提供了 一种新型步进电机驱动装置。
[0006]为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案:一种摇杆控制的步进电机驱动装置，其特征在于:摇杆电位器输出电压模拟信号到单片机，作为系统的输入控制端；用9V直流电源为内部驱动电路供电，经7805芯片降压后得到5V直流电为单片机供电，电路设计简单，易于实现；采用ATMEGA16单片来采集输入的模拟电压信号，通过AD转换器将模拟信号转换为数字量；驱动电路由L297和L298组合构成，可产生控制步进电机转动的驱动相序。
[0007]作为优选，所述摇杆电位器，最大阻值10ΚΩ，最高使用电压50V，驱动力
5.2 ±2.6N，移动量 0.5±0.4mm。
[0008]作为优选，所述单片机选用ATMEGA16，内部含有8MHZ的晶振，无需外部搭建硬件电路，电路简易，使用方便。9V直流电源经过7805转换后得到5V直流电为单片机供电。
[0009]作为优选，选用L297+L298组合的驱动电路，可以通过输入脉冲产生驱动相序，控制电机转动。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的摇杆电位器图；
[0011]图2为本实用新型所选用单片机ATMEGA16引脚图；
[0012]图3为本实用新型的步进电机驱动原理图；
[0013]图4为本实用新型的一种摇杆控制的步进电机驱动装置控制框图；
[0014]图5为本实用新型的步进电机驱动程序流程图。
【具体实施方式】
[0015]如图1，是一种普通的摇杆电位器，其特征在于:类似滑动变阻器，这里称为“分压器”，每个分压器由一个卷曲导轨形式的电阻和一个可移动的触臂组成。电源的电流从输入端开始，通过卷曲的电阻和触臂，流回操纵杆端口，沿着导轨移动触臂，可以增大或减小作用于流经此电路的电流的电阻值。摇杆电位器两端分别接地和5V直流电压，中间抽头接单片机PAO引脚，当摇动摇杆时，就相当移动滑动变阻器的滑片，相应的输出电压也会随之发生变化。
[0016]如图2，所述ATMEGA16单片机共40个引脚，其包括32个可编程IO端口，分别为PAO?PA7、PBO?PB7、PCO?PC7以及PDO?PD7，电源端口 VCC，接地端口 GND，反向振荡放大器输入端XTAL1，反向振荡放大器输出端XTAL2，复位输入引脚RESET，AD转换模拟基准输入引脚AREF，以及AD转换器的电源AVCC，程序主要用到单片机AD转换模块、定时器模块、以及相应IO端口。
[0017]如图3，所述本实用新型的步进电机驱动原理图，内部包含4信道逻辑驱动电路、2个H桥的高电压、大电流双全桥式驱动器，可同时驱动2个两相步进电机。Vs为电源电压，GND为接地端，C为IOOnF的滤波电容器，VSS逻辑电源电压通过滤波电容C与地连接，Vref为斩波器基准电压输入端，SenseA、SenseB为电流监测端分别经电阻RSA、RSB与地连接，ΕΝΑ、ENB为使能端控制电机的启停，L297通过扫描转数控制输出引脚PDl提供时序信号，INl与单片机引脚PDO引脚相连控制电机的正反转，0UT1, 0UT2和0UT3、0UT4为两路输出可分别接步进电机。
[0018]如图4，所述一种摇杆控制的步进电机驱动装置控制框图，ATMEGA16单片机PAO引脚设置成模拟信号输入端口，接收摇杆电位器输入的模拟信号，单片机将输入的模拟信号转化为数字信号，通过PDl引脚输出转数控制信号到驱动电路，驱动电路产生控制电机转动的相序，实现摇杆对步进电机的转动控制。
[0019]如图5，所述步进电机驱动程序流程图，在AD转换的基础上，定时器模块O产生64分频的定时时钟，通过调用中断函数扫描AD转换得到的变化数字量。在中断子函数中，t匕较相邻两次存储的数值，如果当前值大于前一次的值，PDO引脚输出高电平，表示正转，当前值i减去前一次的数值OReg得到差K，K除以10的商即为电机转数控制信号，通过PDl引脚输出；同理，如果当前值i小于前一次值OReg，PDO引脚输出低电平，表示反转。每次比较结束后，将当前值i赋值给寄存器OReg，作为下一次比较的基准，从而产生循环相序。
[0020]采用上述方案，硬件可调试成功。本实用新型一种摇杆控制的步进电机驱动装置的有益效果是:快速可靠启停，实现步进电机正反转控制，精确控制转动转数，电路简易、体积小、成本低、驱动能力较大、动作快、损耗低，满足稳定的工作要求。
[0021]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种摇杆控制的步进电机驱动装置，其包括摇杆电位器、单片机、驱动电路、与驱动电路相连的电机、以及为上述器件提供电力的电源电路，所述摇杆电位器为输入控制端，所述单片机采用ATMEGA16单片机，所述驱动电路由L297和L298芯片组合构成。
2.根据权利要求1所述的一种摇杆控制的步进电机驱动装置，其特征是:所述ATMEGA16单片机主要用到AD转换模块、定时器模块、以及模拟信号输入引脚(PAO)、正反转电平输出引脚(PDO)、转数控制输出引脚(PDl)。
【文档编号】H02P8/20GK203747710SQ201420016365
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】肖喜鹏, 张加胜, 刘祖超, 陈瑞, 朱守 申请人:中国石油大学(华东)
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