使用中密度 STM32F103xx 微控制器驱动双极步进电机* k( q3 P% r- G. R) G ' ^" {( I2 E/ ^ 前言 本应用笔记讲解了当使用基于 cortex-M3 微控制器的 medium-density STM32F103xx 系列产品驱动双极步进电机时,怎样做到体积小、速度高、成本低、资源少。它提供一种简单的方法,实现全步进和半步进工作模式控制步进电机。 步进电机是一种机电设备,可将电脉冲转换为离散的机械步进运动。当以适当顺序施加电命令脉冲时,步进电机的轴将以离散步进旋转。当需要受控的运动时,步进电机是一个很好的选择。尤其是当应用需要控制旋转角、速度、位置和同步时,它们非常有用。 ; L( g7 o1 s' {) z; B) R 步进电机的主要优势在于它们不需要反馈器件;与其它运动控制系统相比,它们很便宜;它们有极佳的低速扭矩且很稳定。很多步进电机应用都得益于 STM32F10xxx 器件的功耗、特性及灵活性。包括机器人控制器、车床工具、摄影机及其它精确的轴位置控制环境。 此外,STM32F10xxx 微控制器的高性能为设计者们提供了仅需控制器的很低计算资源,就可以稳定控制步进电机。% k/ _( m2 a6 t1 }8 d4 h) J , Q! z! h! M/ S$ ^5 K f a 本应用笔记给出了一个简单的方法来实现按照典型运行曲线运行 (先加速,再匀速,最后减速)的步进电机控制。用户可选择工作模式 (全步进或半步进)、电机的旋转方向 (顺时针或逆时针)、控制电流模式(快衰减或慢衰减)。此方法使用 medium-density STM32F103xx及 L6208 全集成两相步进电机驱动。此方法价格最低、实现最简单、使用的 CPU 负荷最小。, D( |$ B4 Y4 x! A O: _" g 8 {' W! G* @. l% z; s/ P: Q: h5 i 1 步进电机基础 1.1 步进电机类型有三种基本的步进电机类型: J- t# _8 M- h: E ● 可变磁阻 & j' t$ j( L8 a1 V4 U! ^$ k9 z ● 永磁 ● 混合 可变磁阻 (VR)电机类型已经存在了很长时间。从构造角度,它可能是最容易理解的。此类电机包含一个软铁多齿转子和一个绕线定子。当向定子绕组输入 DC 电流时,定子励磁为磁极,当转子的齿被吸到通电的定子磁极时,会发生旋转。 8 B/ s# r% c8 u" _& _ 4 W. r+ C+ n- A6 Z4 w8 d3 } 永磁(PM)电机类型向电机结构增加了永磁体。转子不像 VR 电机中那样有齿,而是磁化为交替的北极和南极,两极位置在与转子轴平行的直线上。这些磁化转子极提供了增强的磁通量密度,与 VR 类型相比,它为 PM 电机带来了更好的扭矩特性。 8 A$ b, Q l( o$ c( X " L4 v0 _3 `5 r- S" S2 i7 W9 N 混合(HB)电机类型在步进分辨率、扭矩和速度方面有更好的性能。此类电机融合了 PM 和VR 步进电机这两种类型的最佳特性。与在 VR 电机中一样,转子是多齿的,在其转轴周围包含轴向磁化的同心磁。转子上的齿提供了更好的路径,有助于将磁通引导至气隙中的所需位置。与 VR 和 PM 电机类型相比,此特性增加了电机的制动、保持和动态磁通特性。 : L9 T3 j7 q; k5 w5 |8 Z 步进电机可为双极或单极绕组。 * }& D. x- ~& r" [3 C$ M! p # b8 p) |8 ?9 d) m- b 单极步进电机有两个相同的线圈,它们不做电连接,都有中心抽头。双线无感线圈组的任一端通电,共用中心抽头,则磁通反转。单极步进电机的优势在于它们仅需要一个切换开关。然而,它们需要双线无感线圈组,这意味着对于一个给定的体积因子,线更细,电阻更高。 ! @+ D& V/ {" e 除了线圈没有中心抽头外,双极步进电机与单极电机相同。对于双极电机,可使用 H 桥反转绕组的极性及磁通。双极步进电机的优势在于它们仅使用一个线圈,因此具有较好的体积因子 (较低的线圈电阻)。 % L; H1 _/ G8 C 单极电机仍被广泛使用,因为当与分立器件一起实现时,它们的驱动电路更简单。然而,对于现今的集成电路,驱动双极电机所需的元件也不比单极电机多。0 j" J9 [, X3 G0 h' V+ T, x+ D- F+ i 6 {* M# Z ], F; E# d |
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