1 引言

　　步進(jìn)電動機(jī)是將電脈沖激勵信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的離散值控制電動機(jī)，這種電動機(jī)每當(dāng)輸入一個電脈沖就動一步,，所以又稱脈沖電動機(jī),。步進(jìn)電動機(jī)把電脈沖信號變換成角位移以控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的微特電機(jī)。在自動控制裝置中作為執(zhí)行元件,。每輸入一個脈沖信號,，步進(jìn)電動機(jī)前進(jìn)一步，故又稱脈沖電動機(jī),。步進(jìn)電動機(jī)多用于數(shù)字式計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，以及打印機(jī),、繪圖機(jī)和磁盤等裝置,。 在數(shù)字控制系統(tǒng)中具有精度高，運(yùn)行可靠,。如采用位置檢測和速度反饋,，亦可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。步進(jìn)電動機(jī)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中,，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置,、數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備,、自動記錄儀,、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動化生產(chǎn)線,、印刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用,。

　　2 工作原理

　　由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上,，而必須使用專用設(shè)備-步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器典型步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖1所示：控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾十千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號,，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后,，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的各項(xiàng)輸人端,，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)分器要求的功能,，通常稱軟環(huán)形分配器,。另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱為硬環(huán)形分配器,。

　　圖1 典型步進(jìn)電機(jī)控制框圖

　　3 硬件組成

　　文中所控制的步進(jìn)電機(jī)是四相單極式35BY48HJ120減速步進(jìn)電動機(jī),。本文所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器的框圖如圖2所示。片內(nèi)置8K字節(jié)可重復(fù)擦寫的Flash閃速存儲器,。256字節(jié)RAM,。3個16位定時器。可編程串行UART通道,。

　　圖2 本文提出的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器框圖

　　L297是意大利SGS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制器,，它能產(chǎn)生4相控制信號，可用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機(jī),，能夠用單四拍,、雙四拍、四相八拍方式控制步進(jìn)電機(jī),。它們所組成的微處理器至雙橋式步進(jìn)電動機(jī)的接口如圖3所示,。這種方式結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)是，需要的元件很少,，可靠性高和占空間少,，并且通過軟件開發(fā)，可以簡化和減輕微型計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān),。

　　L297芯片是一種硬件環(huán)分集成芯片,。芯片內(nèi)的PWM斬波器電路可開關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電機(jī)繞組中的電流。該集成電路采用了SGS公司的模擬/數(shù)字兼容的I2L技術(shù),，使用5V的電源電壓,，全部信號的連接都與TFL/CMOS或集電極開路的晶體管兼容。它可產(chǎn)生四相驅(qū)動信號,，用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極或四相單極步進(jìn)電機(jī),，這一部分是由兩種輸入模式控制，方向控制（CW/CCW） 和HALF/FULL 以及步進(jìn)式時鐘CLOCK.它將譯碼器從一階梯推進(jìn)至另一階梯,。譯碼器有四個輸出點(diǎn)連接到輸出邏輯部分,，因此L297能產(chǎn)生三種相序信號，對應(yīng)于三種不同的工作方式：即半步方式（HALF STEP）,；基本步距（FULL STEP,，整步）一相激勵方式；基本步距兩相激勵方式,。脈沖分配器內(nèi)部是一個3bit可逆計(jì)數(shù)器,，加上一些組合邏輯。產(chǎn)生每周期8步格雷碼時序信號,，這也就是半步工作方式的時序信號,。

　　L297另一個重要組成是由兩個PWM 斬波器來控制相繞組電流，實(shí)現(xiàn)恒流斬波控制以獲得良好的矩頻特性,。圖3中,，頻率f是由外接16腳的RC網(wǎng)絡(luò)決定的， 當(dāng)R=10kΩ 時,，f=1/0.69RC,。當(dāng)時鐘振蕩器脈沖使觸發(fā)器置1,，電機(jī)繞組相電流上升，采樣電阻的R 上電壓上升到基準(zhǔn)電壓Uref時,，比較器翻轉(zhuǎn),，使觸發(fā)器復(fù)位，功率晶體管關(guān)斷,，電流下降,，這樣，觸發(fā)器輸出的是恒頻PWM信號,，調(diào)制L297的輸出信號,，繞組相電流峰值由Uref確定。CONTROL為高電平時,，對A,、B、C,、D有控制作用；而為低電平時,，則對INH1和INH2起控制作用,，從而可對電動機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。

　　L298芯片是一種高壓,、大電流雙全橋式驅(qū)動器,，其設(shè)計(jì)是為接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號和驅(qū)動電感負(fù)載的，例如繼電器,、圓筒形線圈,、直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī) 具有兩抑制輸入來使器件不受輸入信號影響。每橋的三級管的射極是連接在一起的,，相應(yīng)外接線端可用來連接外設(shè)傳感電阻,。

　　AT89C52通過串口經(jīng)MAX232電平轉(zhuǎn)換之后與微機(jī)相連。接受上位機(jī)指令,。向L297發(fā)出時鐘信號,、正反轉(zhuǎn)信號、復(fù)位信號及使能控制等信號,。電路中,，電阻R13，R15用來調(diào)節(jié)斬波器電路的參考電壓,，該電壓將與通過管腳13,，14所反饋的電位的大小比較，來確定是否進(jìn)行斬波控制,，以達(dá)到控制電機(jī)繞組電流峰值,。

　　4 軟件組成

　　在該電路中，將P1.0口設(shè)為電機(jī)開始按鈕，P1.1,，P1.2,，P1.3為速度選擇按鈕。速度由低到高,，P1.4為電機(jī)停止按鈕,。并設(shè)三檔速度的最高速度依次為500pps、1000pps,、2000pps ,。RXD，TXD 已由MAX232電平轉(zhuǎn)換接出串口,。此外,，步進(jìn)電機(jī)其啟動，停止的頻率較低,，一般在100-250Hz之間,，而最高運(yùn)行頻率要求較高。通常為1-3kHz,，為使其在啟動,、運(yùn)行和停止整個過程中，這采用常用的離散辦法來逼近理想的近似梯形的升降速曲線,，如圖5所示,。

　　把各離散點(diǎn)的速度所需的裝載值用公式轉(zhuǎn)化為各自所需的定時時間固化在系統(tǒng)的ROM 中，這里用TH0=（65536-time）/256,，TL0=（65536-time）％256來計(jì)算裝載值,，time表示各階梯所需定時時間。該程序主要由控制主程序,、加減速子程序組成,，主程序框圖如圖4所示。

　　5 結(jié)論

　　本文創(chuàng)新點(diǎn)在于提出應(yīng)用單片機(jī)和L297,、L298集成電路構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器,。使之具有元件少?？煽啃愿?、占空間少、裝配成本低等優(yōu)點(diǎn),。另外,，在上面提出的在加減速程序中定時器的裝載值用式子計(jì)算不精確，這兩條賦值要執(zhí)行不少的時間,。具體做的時候,?？芍苯影殉踔涤?jì)算出來或把除號用相加來計(jì)算。