Шаговые двигатели используются в самых разных областях применения.

Они распространены в потребительском офисном оборудовании, таком как принтеры, плоттеры, копировальные аппараты и сканеры. Шаговые двигатели также используются в автомобильных приложениях для электронного управления дроссельной заслонкой, индикаторов приборной панели и систем климат-контроля. Шаговые двигатели также можно найти в промышленном оборудовании, таком как робототехника, электронные компоненты, тестеры, диспенсеры и другое производственное оборудование. Шаговые двигатели часто управляются с помощью специальных функциональных ИС, которые обеспечивают ограниченную функциональность управления. Такие ИС часто используют рудиментарный шаг вперед и назад интерфейс к микропроцессору, который ограничивает производительность системы.



Другие системы шаговых двигателей основаны на PC-картой и используют главный компьютер для обеспечения высокопроизводительного контроля.


Во встроенных системах гораздо лучше использовать небольшой микроконтроллер для непосредственного управления шаговым двигателем. Очень маленький микроконтроллер, такой как C8051F300, способен обеспечить высокопроизводительное решение для управления движением. Микроконтроллер реализует профиль linearvelocity, генерирует точный временной интервал и выводит шаблон шага, используемый для управления двигателем. Микроконтроллер непосредственно управляет силовыми МОП-транзисторами, и никакая схема привода затвора не требуется. Микроконтроллер также обеспечивает последовательную связь для дистанционного управления и распределенных систем. Эта эталонная конструкция использует порт RS232, работающий со скоростью 57600 бит / с. Это демонстрирует возможность использования последовательного управления. В равной степени возможно использовать SMBus, I2C, RS485 или более продвинутый сетевой протокол на основе UART. Корпус C8051F300 размещен в корпусе MLP11 с малым форм-фактором, размером всего 3 мм. Весь привод шагового двигателя можно легко интегрировать на задней части небольшого шагового двигателя.принцип шагового двигателя

Система с несколькими шаговыми двигателями может использовать один небольшой микроконтроллер для каждого двигателя.

C8051F300 идеально подходит для управления шаговым двигателем. Небольшой форм-фактор подходит для интегрированных моторных решений. Встроенный чип UART и SMBus обеспечивают последовательную связь и контроль. Калиброванный внутренний генератор исключает стоимость и количество контактов при использовании внешнего кристалла, обеспечивая точную временную базу для высокоскоростного UART и точного момента двигателя. Пакет счетчиков с низким выводом имеет достаточное количество штырьков для управления шаговым двигателем и приемопередатчиком RS232 с двумя дополнительными выводами ввода / вывода, оставшимися для специальных функций. Эта эталонная конструкция демонстрирует высокоэффективную систему шагового двигателя с использованием C8051F300. Эталонная конструкция предусматривает как автономную демонстрационную операцию, так и контроль UART. Эталонная конструкция также может быть использована в качестве платформы для разработки кода шагового двигателя с использованием двухканального отладочного интерфейса C2D и встроенного программирования Flash. Эталонная конструкция дополнена схематическими документами, материалами, печатными платами, блок-схемами кода и исходным кодом. Основным отличительным признаком шаговых двигателей является способ, которым они управляются. Шаговые двигатели перемещаются дискретными шагами. Это отличается от других типов двигателей, таких как d.c. и бесщеточный d.c. двигатели, которые, как правило, контролируются с использованием методов аналогового контроля непрерывного режима. Положение шагового двигателя может быть выражено с использованием целого числа. Частота ступенчатости в шагах в секунду обычно используется для описания угловой скорости. Поскольку шаговые двигатели приводятся в дискретные ступени, они превосходят приложения абсолютного позиционирования. Наиболее часто используемые шаговые двигатели двигаются с точным шагом 1,8 ° или 0,9 ° за шаг. Шаговые двигатели контролируются напрямую. Первичная команда и управляющая переменная - это позиция шага. Это контрастирует с d.c. двигатели, где управляющая переменная является напряжением двигателя, а командная переменная может быть как положением, так и по скорости. A d.c. двигатель требует системы управления с обратной связью и контролирует положение косвенно. Система шагового двигателя обычно управляется «разомкнутым контуром». 3.2. Шаговый двигатель. Шаговые двигатели могут быть классифицированы по их конструкции двигателя, топологии привода и степпинга. Существует несколько различных типов конструкции шагового двигателя. К ним относятся переменное нежелание, постоянный магнит и гибридный постоянный магнит. Эта эталонная конструкция применима к постоянному магниту и гибридным двух- или четырехфазным шаговым двигателям. Шаговые двигатели с постоянным магнитом очень недороги и имеют большой угол поворота от 7,5 ° до 18 °. Шаговые двигатели с постоянным магнитом часто используются в недорогих потребительских продуктах. Гибридные шаговые двигатели немного дороже и имеют углы шага 1,8 ° или 0,9 °. Гибридные шаговые двигатели преобладают в промышленных приложениях управления движением. Двигатели с переменным сопротивлением обычно имеют три или пять фаз и требуют различной топологии привода. Шаговые двигатели с изменяемым сопротивлением не рассматриваются в этом эталонном проекте. Наиболее распространенным типом конструкции шагового двигателя, используемого для промышленного управления движением, является гибридный двигатель с постоянными магнитами. Ротор построен с использованием цилиндрического постоянного магнита, ориентированного с полярностью север-юг вдоль оси ротора. Две ламинированные торцевые крышки используются со многими зубцами по периферии.
Простой шаговый двигатель

Северные и южные зубы расположены в шахматном порядке, чтобы обеспечить множество эффективных полюсов с использованием одного постоянного магнита. Ламинаты статора обычно имеют четыре большие вилки. У каждой вилки много зубов. Зубы для двух обмоток также расположены в шахматном порядке, чтобы выровнять соответствующие зубцы на роторе. Используя это умное расположение, 200-полюсный двигатель может быть сконструирован с использованием одного постоянного магнита и только четырех обмоток статора. 3.3. Типы накопителей Две общие топологии привода для шаговых двигателей однополярны и биполярны. Однополюсный привод использует четыре транзистора для управления двумя фазами шагового двигателя. Двигатель имеет две обмотки с центральным выступом с шестью проводами, исходящими от двигателя. Этот тип двигателя иногда довольно путано называют четырехфазным двигателем. Это не точное представление, поскольку двигатель действительно имеет только две фазы. Более точное описание было бы двухфазным шестиступенчатым шаговым двигателем. Шестипроводный шаговый двигатель также часто называют однополярным шаговым двигателем. Однако шестиступенчатый шаговый двигатель можно использовать как с однополярным, так и с биполярным приводом.

Шаговый двигатель с четырьмя проводами или шестью проводами может использоваться с биполярным приводом.

Четырехпроводный двигатель можно использовать только с биполярным приводом. Четырехпроводный двигатель может быть немного дешевле в приложениях с большим объемом. Привод биполярного шагового двигателя использует в два раза больше транзисторов, чем однополярный шаговый двигатель. Четыре нижних транзистора обычно могут управляться непосредственно от микроконтроллера. Для верхних транзисторов требуется более дорогой привод с высокой скоростью. Биполярные приводные транзисторы должны выдерживать только напряжение питания двигателя. Биполярный привод не требует схемы зажима, как униполярный привод.
При разработке алгоритма управления шаговым двигателем с использованием небольшого микроконтроллера важно рассмотреть способ выполнения кода. Простой последовательный алгоритм мог бы выполнить задачу. Последовательный алгоритм может рассчитать текущее время шага и выяснить, что делать дальше в зависимости от фазы ускорения. Однако такой алгоритм завершит запись на таймер, а затем ждет, пока таймер не выйдет из строя. Это проведет большую часть времени, просто ожидая таймера. К счастью, большинство таймеров MCU способны генерировать прерывания. Таким образом, мы можем настроить таймер для генерации прерывания после одного шага. Когда происходит прерывание, MCU должен коммутировать двигатель и обновлять таймер со следующим шагом шага. Теперь, учитывая, что мы хотим сделать основанное на прерывании шаговым двигателем прерывание, мы должны использовать другую парадигму. Процедура обслуживания прерывания таймера должна быть небольшой, быстрой, надежной и делать то, что должно быть сделано в каждый период коммутации. Все, что может быть рассчитано один раз заранее, будет выполняться вне процедуры обслуживания прерываний. Значения могут храниться в глобальных переменных, к которым будет обращаться процедура обслуживания прерываний. Используя эту схему, есть две основные части кода. Первый - это профайлер или функция move (). Вторая - процедура обслуживания прерывания таймера. Профайлер вызывается из основного цикла и выполняется на переднем плане. Профилировщик вычисляет глобальные переменные на основе целевого местоположения и текущей позиции двигателя. Функция называется move (), так что код пользователя имеет смысл на простом английском языке. Этот эталонный дизайн использует простой профайлер divide-by-four. Это означает, что общее количество шагов делится на четыре. Двигатель будет ускоряться и замедляться на четверть от общего количества шагов. Остальные этапы будут иметь постоянную скорость. Некоторые фактические профили показаны на рисунке 5. Обратите внимание, что общее ускорение времени для коротких профилей намного больше, чем однократное общее время. Это связано с влиянием периода переменной шага. Фазы постоянного ускорения и замедления выполняются путем увеличения и уменьшения индекса для таблицы шагового двигателя. Увеличение индекса таблицы на каждый шаг приведет к ускорению работы двигателя. Уменьшение индекса на каждом шаге приведет к замедлению работы двигателя. Максимальный индекс и соответствующий минимальный период определяют максимальную скорость двигателя для конкретного профиля.
Кратко про шаговые двигатели