择要：为了使电机的走位更为精确，到达慎密节制的目标，计划了一种高精度的步进电机驱动方案。该方案基于MCU(C8051F012)+L297/L298(L6203)的经典架构，行使斩波恒流细分的驱动要领，在现实运行中具有精采的起落速曲线。现实运行表白，步进电机运行不变，且具有步距角小、转矩恒定、功耗低等利益。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的节制元件。在额定功率范畴内，电机的转速只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变革的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性相关的存在，加上步进电机累积偏差较小等特点，使得在速率、位置等规模用步进电机来节制变得较为简朴。但步进电机并不能像平凡的直流电机、交换电机在通例下行使。它必需由双环形脉冲信号产生器、功率驱动电路等构成节制体系驱动后方可行使。在本文中，具体先容了一种新奇的电机驱动方案，它具有功耗低，精度高，行使机动等利益。

1 体系道理

对付一个步进电机驱动体系来说，应包罗信号产生、信号分派、功率放大等几个模块，下面临其一一举办说明先容，驱动体系道理方框图见图1。

1.1 脉冲信号的产生

电机转速是由给入的驱动脉冲信号频率抉择的。在本驱动体系傍边，脉冲信号由单片机C8051F012发生。C8051F012是Cygnal公司出产的

高速MCU，内部集成了多个外设，个中共有4个16位按时器。在本脉冲信号发生模块中，行使了按时器0及按时器1。个中，按时器0用于发生节制转速的脉冲信号，其翻转频率设为 Vref。这样，电机的根基动弹频率定为f0 。

1.2 驱动信号的分派

一样平常环境下，步进电机按照环形分派器抉择分派方法，各绕组的电流轮番切换，从而使步进电机的转子步进旋转。电机事变方法只有两种，即整步事变和半步事变，而步距角已由电机的布局确定。因为在本方案中，对付电机步距角要求较高，根基步距已不能满意其要求，故必要对电机举办细分驱动。即在每次输入脉冲切换时，不是将绕组电流所有通入或关断，只改变响应绕组中的额定电流的一部门，则转子响应的每步动弹原有步距角的一部门。本方案中，驱动器事变在20细分状态，其步距角只为电机固有步距角的1/20。详细以42BYGH023W 为

例，牢靠步距角为1.8°。；而20细分状态后，电机每次只动弹0.09°。细分成果完满是由驱动器靠准确节制电机的相电流所发生的，与电机无关。

在本驱动体系中，步进电机所需的细分脉冲由按时器1发生，脉冲频率为f1，且有f1=20f0。当信号步进电机回收半步行走模式时，动弹精度可达0.045°。

1.3 细分斩波恒流驱动的软、硬件实现

在步进电机驱动体系中，最重要的就是电流驱动及功率放大部门。本体系中，该部门选用的是L297+L298构架，合用于对双极性两相步进电机或单极性四相步进电机的节制。L297首要用来吸取C8051F012发出的信号脉冲，从而发生对功率级电路节制信号。L298为双H桥驱动器，可用来驱动电压为46V、每相电流为2.5 A以下的步进电机。若负载需更大电流驱动，可行使L297+双L6203组合。

L297的首要成果是译码器，它按照接管驱动脉冲信号发生所需的相序。为了得到电念头精采的速率和转矩特征，相序信号是通过两个PWM斩波器对电念头节制，每个斩波器用于双极性步进电念头的个中一相或用于单极性步进电机的每对绕组。

以往驱动步进电机时，加到每相线圈上的是恒定电流，这造成了必然的丧失。而在L297芯片内部，集成了斩波脉宽调制电路，即每个斩波器包括有一个较量器、一个触发器和一个外部检测电阻，如图2所示。晶片内部的通用振荡器为两斩波器提供斩波频率脉冲。外部时钟脉冲输入时，电机绕组相电流上升，当采样电阻Rs电压上升到基准电压Vref时，较量器翻转，使触发器复位，功率晶体管关断，电流降落，守候下一个振荡脉冲的到来。故绕组相电流峰值由Vref 整定。这样，按照负载的差异，只要调理Vref的巨细，就可以改变线圈均匀电流的巨细。

因为电源电压并不是一向向绕组供电，而只是一个个的窄脉冲，总的输入能量是各脉冲时刻的电压与电流乘积的积分，取自电源的能量大幅度降落，这样驱动体系就具有很高的服从，且低落了发烧量。

上面讲了细分斩波恒流驱动的硬件道理，而其软件实现进程是这样的。每过一个细分信号周期，单片机输出到L297端口的Vref 顺次产生变革，使通过线圈的电流逐渐增大或镌汰，而不是一次通入或割断。详细要领如下：因为是20细分，则先按正弦曲线公式，计较出各点的电压值(Vref =Vin ×sin(nπ/40)(n=0，1，…… ，19)。该值经处理赏罚后存入到C8051F012的FLASHROM中去，每有一个细分脉冲产生时，措施挪用FLASHROM中的数据，并将其通过D/A转换成模仿电压后，经运放放大后，作为的节制电压。而在C8051F012内部集成了两个12位高速D/A转化器，省去了外接D/A的未便。可是，因为Vcc的输入范畴为0-5 V，而DA最高输出仅为2.4 V，故而DA转化出的信号尚需运算放大器LM324的进一步放大。

从图3的电流波形图可知，细分后的输出电流变革相等安稳，不变并进步了电机的输出转矩。细分较不细分，输出转矩对各类电机都有差异水平的晋升。并且，细分减小了步距角，大大进步了步距精度，从而进步了电机的判别率。出格必要指出的是，细分后完全消除了电机的低泼魅振荡。

2 步进电机加减速节制

从理论上说，每给电机驱动器一个脉冲(CP)，步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)，可是现实上，假如脉冲CP信号变革太快，步进电机因为惯性将跟从不上电信号的变革，这时会发生堵转和失步征象，以是步进电机在启动时，必需有升速进程，在遏制时必需有降速进程。一样平常来说升速和降速纪律沟通，这里以升速为例先容，(见图4)

升速进程由突跳频率加升速曲线构成(降速进程反之)。突跳频率是指步进电机在静止状态时溘然施加的脉冲启动频率，此频率不行太大，不然也会发生堵转和失步。起落速曲线一样平常为指数曲线或颠末批改的指数曲线，虽然也可回收直线或正弦曲线等。指数曲线在现实软件编程中较量贫困，这里回收事先算好时刻常数存贮在计较机存贮器内，事变进程中直接选取的要领。即先计较出升速进程中，到达运行频率时必要的总步数，然后按照指数曲线，算出在每个频率路线上需走的步数，将其存入到FLASHROM中，运行中直接调取。

起落速曲线的计划直接影响电机运行的安稳性、电机运行声音、最高速率、定位精度等要素。

3 结语

该步进电机驱动器已经乐成的应用于血液凝固说明仪的X—Y—Z行走体系的行为节制驱动单位，运行不变靠得住，且完全满意精度要求。该驱动单位通详尽分特征，进步了步进精确度和定位精度。在长时刻的大力大举矩驱动进程中，因为其斩波恒流特征较好节制了发烧征象。这种细分斩波恒流驱动方法可以推广到其他方面去。