單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制

1、1步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī) ，它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn) 一個(gè)角度，因此非常適合單片機(jī)控制。在非超載的情況下 ，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻 率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤 差，精度高。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有如下特點(diǎn)： 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一圈后，沒(méi)有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。 由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，叉非常可靠。同時(shí)，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。

2、 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整 ，低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接 驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 步進(jìn)電機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能運(yùn)行，不能直接使用交流電源和直流電源。 步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)措施。步進(jìn)電機(jī)具有控制和機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。圖1是四相六線(xiàn)制步進(jìn)電機(jī)原理圖，這類(lèi)步進(jìn)電機(jī)既可作為四相電機(jī)使用，也可做為兩相電機(jī)使用，使用靈活，因此應(yīng)用廣泛。B+ O- B-四相六線(xiàn)制步進(jìn)電機(jī)原理圖步進(jìn)電機(jī)有兩種工作方式：整步方式和半步方式。以步進(jìn)角1. 8°四相混合式步進(jìn)電機(jī)為例，在整步方式下，步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)脈沖，旋轉(zhuǎn)1 . 8° ,旋轉(zhuǎn)一

3、周，則需要200個(gè)脈沖。在半步方式下，步進(jìn)電 機(jī)每接收一個(gè)脈沖，旋轉(zhuǎn)0. 9°，旋轉(zhuǎn)一周，則需要400個(gè)脈沖。控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)必須按一定時(shí)序?qū)Σ竭M(jìn) 電機(jī)引線(xiàn)輸入脈沖。以上述四相六線(xiàn)制電進(jìn)電機(jī)為例，其半步工作方式和整步工作方式的控制時(shí)序如表1和表2所列。農(nóng)1半步時(shí)序表時(shí)序A+A-'B+1 *0001200113001040110501006110o-'71 j00081001«2整步時(shí)序表時(shí)序A +BAB+1 11 j0012001130116"41100步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí).會(huì)有振動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)。如果使用細(xì)分方式，就能很好的解決這個(gè)問(wèn)題。步進(jìn)電

4、機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。一般情況下，合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場(chǎng)矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。步進(jìn)電機(jī)半步工作方式 就蘊(yùn)涵了細(xì)分的工作原理。實(shí)現(xiàn)細(xì)分方式有多種方法 , 最常用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式 , 大多數(shù)專(zhuān)用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片都采 用這種驅(qū)動(dòng)方式 ,TA8435 就是其中一種芯片。2 基于 TA8435H 芯片的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分方式21 TA8435 芯片特點(diǎn)TA8435 是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用芯片 , 該芯片

5、具有以下特點(diǎn)： 工作電壓范圍寬（1040 v。 輸出電流可達(dá)1 5 A（平均和2 . 5 A（峰值。 具有整步、半步、1/4細(xì)分、1/8細(xì)分運(yùn)行方式可供選擇。 采用脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式。 具有正/反轉(zhuǎn)控制功能。 帶有復(fù)位和使能引腳。 可選擇使用單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入。從圖 2 中可以看出 ,TA8435 主要由 1 個(gè)解碼器、 2 個(gè)橋式驅(qū)動(dòng)電路、 2 個(gè)輸出電流控制電路、 2 個(gè) 最大電流限制電路、 1 個(gè)斬波器等功能模塊組成。cw/ccw ckiQCK2RESETENABLEJ*rhREF 呃MO©DECODER4斬波器解碼器電源地B大流制路 最電限電解碼器ENABLE晅品TE

6、NABLERESET佶號(hào)地 rh橋式驅(qū)動(dòng)電路nfaTA8435原理圖2.2 TA8435 細(xì)分工作原理在圖3中，第一個(gè)CK時(shí)鐘周期時(shí)，解碼器打開(kāi)橋式驅(qū)動(dòng)電路，電流從VMA流經(jīng)電機(jī)的線(xiàn)圈后經(jīng) RNFA 后與地構(gòu)成回路，因?yàn)榫€(xiàn)圈電感的作用，電流是逐漸增大的，所以RNFB上的電壓也隨之上升。當(dāng) RNFE上的 電壓大于比較器正端的電壓時(shí)，比較器使橋式驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉，電機(jī)線(xiàn)圈上的電流開(kāi)始衰減，RNFB上的電壓也 相應(yīng)減小。當(dāng)電壓值小于比較器正向電壓時(shí)，橋式驅(qū)動(dòng)電路又重新導(dǎo)通，如此循環(huán)，電流不斷的上升和下降形成鋸齒波，其波形如圖3中IA波形的第1段。另外因?yàn)閿夭ㄆ黝l率很高，一般在幾十kHz，其頻率大小與 所

7、選用電容有關(guān)。在 OSC作用下電流鋸齒波紋是非常小的，可以近似認(rèn)為輸出電流是直流。在第2個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)，輸岀電流控制電路輸岀電壓 Ua達(dá)到第2階段，比較器正向電壓也相應(yīng)為第2階段的電壓，因此,流經(jīng)步進(jìn)電機(jī)線(xiàn)圈的電流從第I階段也升至第二階段 2。電流波形如圖IA第2部分。第3時(shí)鐘周期，第4時(shí)鐘周期TA8435的工作原理與第1、2是一樣的，只是又升高比較器正向電壓而已，輸出電流波形如圖IA中第3、4部分。如此最終形成階梯電流 ，加在線(xiàn)圈B上的電流，如圖3中IB。在CK一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，流 經(jīng)線(xiàn)圈A和線(xiàn)圈B的電流共同作用下，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)細(xì)分步。圖3TA8435細(xì)分工作原理圖2 . 3步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)

8、用圖4是單片機(jī)與TA8435相連控制步進(jìn)電機(jī)的原理圖。引腳M1和M2決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方式：MI=O、M2=0,電機(jī)按整步方式運(yùn)轉(zhuǎn)。Ml=1、M2=0,電機(jī)按半步方式運(yùn)轉(zhuǎn)。M仁Q M2=1,電機(jī)按1 /4細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)。Ml=1、M2=1，電機(jī)按I /8步細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)。CWCWW控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向,CKl、CK2時(shí)鐘輸入的最大頻率不 能超過(guò)5 kHz。控制時(shí)鐘的頻率，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速率。REFIN為高電平時(shí),NFA和NFB的輸出電壓為0. 8 V,REFIN為低電平時(shí),NFA和NFB輸出電壓為0. 5 V,這2個(gè)引腳控制步進(jìn)電機(jī)輸入電流 ，電流大小與 NF端外接電阻關(guān)系式為：，lo=Vref /Rn

9、f。圖4中，設(shè)REFIN=l,選用步進(jìn)電機(jī)額定電流為0 . 4 A,Rl、R2選用1. 6 Q、2W的大功率電阻，0、C兩線(xiàn)不接。步進(jìn)電機(jī)按二相雙極性使用，四相按二相使用時(shí)可以提高步進(jìn)電機(jī)的輸岀轉(zhuǎn)矩。D1D4快恢復(fù)二極管用來(lái)泄放繞組電流。圈4 單片機(jī)與TA8435聯(lián)接控制步進(jìn)電機(jī)原理圈以下是利用TA8435控制步進(jìn)電機(jī)的程序，實(shí)現(xiàn)采用I /8細(xì)分方式控制步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的 功能。利用定時(shí)器1向TA8435輸出脈沖，用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。#include<8051 . h>#define REFIN P1_5。#define M2 Pl_4#define-M1 Pl_3 。#d

10、efineCW Pl_2。#define CLK2 Pl_1 。#deflne CLKl P1 O 。void C10cklrqHandler(void>interrtlDt 3/定時(shí)器1中斷程序CLK2=!CLK2。TH0=0xef。TL0=0xff 。void main(> PO=0x00TMOD=0x00。EA=l ：ETl=hTRl=1 ：REFlN=0 。M2=O：M1=1 ：CLKl=l ：CW=l for( 。 。3 結(jié) 論本文介紹了步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)和 TA8435 芯片工作原理。使用細(xì)分方式可以提高步進(jìn)電機(jī)的控制精度 降低步進(jìn)電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。因此 ,在低頻工作時(shí) ,可以選用 14細(xì)分或 18細(xì)分模式 ,以降低系統(tǒng)的振 動(dòng)和噪聲。當(dāng)系統(tǒng)需要在高速工作時(shí) ,