基于555定时器的步进电机控制
【摘要】555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与交换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了广泛应用。本文主要介绍了555定时器的工作原理及其在单稳态触发器、多谐振荡器方面的应用。
【关键词】数字——模拟混合集成电路，施密特触发器，波形的产生与交换
1概述
1.1555定时器的简介。555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与交换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了广泛应用。自从signetics公司于1972年推出这种产品以后，国际上个主要的电子器件公司也都相继的生产了各自的555定时器产品。尽管产品型号繁多，但是所有双极型产品型号最后的3位数码都是555，所有CMOS产品型号最后的4位数码都是7555.而且，它们的功能和外部引脚排列完全相同。
1.2555定时器的应用：（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等； （2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。
2 555定时器的电路结构与工作原理
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC 若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。
它的各个引脚功能如下： 1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地；8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ～ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ～ 18V。一般用5V；3脚：输出端Vo ；2脚：低触发端；6脚：TH高触发端；4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平；5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰；7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
3步进电机简介
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，它的运行需要专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号控制。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度，这个角度称为步距角。脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电动机旋转的速度，改变绕组的通电顺序可以改变电机旋转的方向。在数字控制系统中，它既可以用作驱动电动机，也可以用作伺服电动机。它在工业过程控制中得到广泛的应用，尤其在智能仪表和需要精确定位的场合应用更为广泛。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
3.1工作特点
1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
2.步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
4.步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。以上为555定时器构成的脉冲信号发生器，由555的原理可知接通电源后，V+通过R1，R2，RP1对C3充电，当UC3<1/3V+时，振荡器输出UO=1放电管截止。当UC3>=2/3V+时，振荡器输出UO翻转成0，此时放电管导通，，使放电端接地，电容C3通过RP1，R2放电是UC3下降，当UC3下降到小于1/3V+时，UO又翻转成1，周而复始。该装置产生的脉冲信号的脉宽T=TH+TL。
TH由定容C3充电时间决定TH=0.7（R1+R2+PR1）*C3
TL由定容C3放电时间决定TL=0.7（R2+PR1）*C3
通过调节旋钮PR1可以改变脉冲周期，从而实现步进电机的速度控制。通过方向控制按钮实现正向和反向的切换。该电路结构简单且成本低。
结论：555 定时器把模拟电子中的放大功能和数字子的逻辑功能融合起来，定时精确 ，电源范围宽直接推动负载.因此 ，作为一种价格低廉、性能优使用方便的中规模的集成电路 ，555 定时器已成数字电路中最常用的时基电路之一 ，必将在控制域得到更广泛的应用。