fACB脉冲分配器输出的每一相脉冲信号都需要通过功率放大以后才可连接到步进电机的各相绕组，从而使步进电机产生足够大的电磁转矩带动负载。 二、步进电动机的脉冲分配器

步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现。硬件环形分配器有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。软件环分则往往受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。

1.硬件环形分配器硬件环形分配器需根据步进电动机的相数和步进电机绕组的通电方式设计,图所示是一个三相六拍的环形分配器。

A相

W+ & + & S CAJ K & QA QA B相

QB QB C相

QC QC 复位 分配器的主体是三个J-K触发器。三个J-K触发器的Q输出端分别经各自的功放电路与步进电动机A、B、C三相绕组连接。电机正转

CP K R & CBJ K R & CBJ + & & & + & 时，要使A、B、C按

A—AB—B—BC—C—CA顺序循环产生脉冲信号输出。电机反转时，则

QB QC QC QA QA QB W- 应以A—AC—C—CB—B—BA的顺序循环。电路中，决定正、反转的信

号为W+、W-。 当使W+=1、W-=0时对应正转； W+=0、W-=1时对应反转。正、反转工作原理类似，下面仅对正转时的工作情况进行分析。根据数字电子技术基础分析电路的工作原理可知，当复位端来一个脉冲信号时，三个J-K触发器被置初值，即 QA、QB、QC依次置为1、0、0。 每一个CP脉冲的下降沿将J-K触发器J端的状态锁存到Q端，可得出正转（W+=1、W-=0）时环形分配器的逻辑状态真值表。 表

3.1

。

控制信号状态 序号 CAJ CBJ CCJ 0 1 2 3 4 5 6 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 输出状态 导电绕组 QA QB QC 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 A AB B BC C CA A 由此可见，连续的输入脉冲CP，将循环不断地在QA 、QB 、QC产生三相六拍式脉冲输出。

2．软件环形分配：软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输出。对于不同的计算机和接口器件，软件环分有不同的形式。现以MCS-51系列单片机8031为例加以说明。

8031单片机本身包含4个8位I/O端口，分别为P0、P1、P2、P3。若要实现三相六拍方式的脉冲分配，需要三根输出口线，本例中选P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作为脉冲分配的输出。如图所示。

8031P1.0P1.1P1.2A驱B动器C根据8031单片机的基本原理，对P1.0、P1.1、P1.2位编程使其按表3.2规定改变输出状态就实现了三相六拍分配任务。 表3.2

TABLE TABLE+1 P1.7 X X P1.6 X X P1.5 X X P1.4 X X P1.3 X X P1.2 0 0 P1.1 0 1 P1.0 1 1 通电相 A AB TABLE+2 TABLE+3 TABLE+4 TABLE+5

X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 B BC C CA 表中P1.3~P1.7位在此例中不相干，可任意设为1或0。若设定为0，则向端口P1输送的内容依次为：

01H、03H、02H、06H、04H、05H。

编写程序时，将这些值按顺序存放在固定的只读存储器中，设计一个正转子程序和一个反转子程序供主程序调用。正转子程序按顺序取表中的内容输出到P1端口，而反转子程序按逆序取表中的内容输出到P1端口。主程序每调用一次子程序，就完成一次P1端口的输出。主程序调用子程序的时间间隔（可用软件延时或中断的方法实现）决定了输出脉冲的频率，从而决定步进电机转速。下面是正转子程序清单，反转子程序与此相类似。 正转子程序： CW：

CJNE R0，#6，CW1；R0指示数据表中数据输出的相对指针 MOV R0，#0；若指针已指到表尾，则将指针重指表头

CW1： MOV A，R0

MOV DPTR，#TABLE；指针DPTR指向表头 MOVC A，@A+DPTR；从表中取值送到A中 MOV P1，A；A的内容送到输出端口P1 INC R0；为取下一个数做准备 RET

三、步进电动机的驱动电路

步进电动机的功率驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组，因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行性能影响很大。对驱动电路要求的核心问题则是如何提高步进电动机的快速性和平稳性。常见的经济型数控机床步进电动机驱动电路主要有以下几种。

1． 单电压驱动电路

图所示是步进电动机一相的驱动电路，L是电动机绕

+U L V 组，晶体管VT可以认为是一个无触点开关，它的理想工作状态应使电流流过绕组L的波形尽可能接近矩形波。但由于电感线圈中电流不能突变，在接通电源后绕组中的电流按指

C R RD 数规律上升。

tUiL?(1?e?)

R?rVT 时间常数??L?R?r?

绕组中的电流须经一段时间后才能达到稳态电流（L

单电压驱动电路 为绕组电感，r为绕组电阻）。由于步进电动机绕组本身的电阻很小（约为零点几欧），所以，若不加外接电阻R其时间常数为L/r很大，绕组中电流上升速度很慢,从而严重影响电动机的启动频率。串以电阻R后，时间常数由变成L/（R+r），缩短了绕组中电流上升的过渡过程，从而提高了工作速度。

在电阻R两端并联电容C，是由于电容上的电压不能突变，在绕组由截止到导通的瞬间，电源电压全部降落在绕组上，使电流上升更快，所以，电容C又称为加速电容。

二极管V在晶体管VT截止时起续流和保护作用，以防止晶体管截止瞬间绕组产生的反电势造成管子击穿，串联电阻使电流下降更快，从而使绕组电流波形后沿变陡。

这种电路的缺点是R上有功率消耗，为了提高快速性，需加大R的阻值，随着阻值的加大，电源电压也势必提高（稳态电流达到一定值），功率消耗也进一步加大，正因为这样，单电压限流型驱动电路的使用受到了限制。

2． 高低压切换型驱动电路

高低压切换型驱动电路的最后一级如图所示。这种电路中，采用高压和低压两种电压

供电，一般高压为低压的数倍。

+80V Ub2 VT2 L R Ub1 VT1 V2 V1 +12V U b1 0 Ub2 0 I 0 t1 t2 t3 t t t

若加在VT1和VT2管基极的电压和Ub2如图(b)所示，则在t1~t2时间内，VT1和VT2均饱和导通，+80V的高压电源经VT1和VT2管加在步进电动机的绕组L上，使绕组电流迅速上升。

当时间到达时（采取定时方式），或当电流上升到某一数值时（采用定流方式），Ub2变为低电平，VT2管截止，电动机绕组的电流由+12V电源经VT1管来维持，此时，以t2处的电流为初值，电流下降到电动机的额定电流.

当时间到达t3时，Ub1也为低电平，VT1管截止，电动机绕组电流经续流回路下降到零。

高低压驱动线路的优点是：功耗小，启动力矩大，突跳频率和工作频率高。缺点是：

高低压切换型驱动电路

大功率管的数量要多用一倍，增加了驱动电源。

13.3

步进电动机的运行特性及选用中应注意的问题

一、步进电动机的运行特性及影响因素 1．步进电动机的基本特点

反应式步进电动机可以按特定指令进行角度控制，也可以进行速度控制。

角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移与输入脉冲数成正比。

速度控制时，各相绕组不断地轮流通电，步进电动机就连续转动。反应式步进电动机转速只取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关。当步进电动机的通电方式选定后，其转速只与输入脉冲频率成正比，改变脉冲频率就可以改变转速，故可进行无级调速，调速范围很宽。同时步进电动机具有自锁能力，当控制电脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通入直流时，则电动机可以保持在固定的位置上，这样，步进电动机可以实现停车时转子定位。

综上所述，步进电动机工作时的步数或转速既不受电压波动和负载变化的影响(在允许负载范围内)，也不受环境条件(温度、压力、冲击和振动等)变化的影响，只与控制脉冲同步，同时，它又能按照控制的要求进行启动、停止、反转或改变速度，这就是它被广泛地应用于各种数字控制系统中的原因。

2．矩角特性