步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

一.方案論證方案一：由單片機(jī)編程產(chǎn)生并分配環(huán)形脈沖，由分散元件構(gòu)成功率放大電路，信號(hào)經(jīng)其放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計(jì)方框圖如圖J.1所示。圖J.1方案一該方案由單片機(jī)作為脈沖產(chǎn)生模塊以及脈沖分配模塊，經(jīng)編程后從單片機(jī)輸出己經(jīng)分配的環(huán)形脈沖，經(jīng)一些分散元件構(gòu)成的放大電路放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。此方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行,驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的控制信號(hào)直接由軟件實(shí)現(xiàn)。由分散元件構(gòu)成的放大電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而且所需元件常見，價(jià)格便宜，節(jié)約成本。但是該設(shè)計(jì)在步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí)，振動(dòng)大、噪聲大。另外占用單片機(jī)資源較多，編程復(fù)雜，而且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖實(shí)現(xiàn)細(xì)分，達(dá)到對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精確控制。方案二：由單片機(jī)產(chǎn)生脈沖，經(jīng)L298N芯片進(jìn)行脈沖分配和功率放大后，將脈沖信號(hào)輸入步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)方案如圖J.2所示。圖J.2方案二L298N可?以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，可直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，直接用單片機(jī)的I/OII提供信號(hào)。但是其電路較為復(fù)雜，調(diào)試相對(duì)繁瑣，最大只能1/4細(xì)分，低速運(yùn)行震動(dòng)噪音較大。方案三：由單片機(jī)產(chǎn)生脈沖，經(jīng)TA8435H專用芯片進(jìn)行脈沖分配和功率放大后，將脈沖信號(hào)輸入步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)方案如圖J.3所示。圖J.3方案三使用細(xì)分方式，能很好的解決步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí)，振動(dòng)大、噪聲大的問題。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過對(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)步距角的細(xì)分。跟用L298N比較：調(diào)試簡(jiǎn)單，最大1/8細(xì)分，低速運(yùn)行震動(dòng)噪音?。欢┖?jiǎn)化了電路。通過綜合比較為達(dá)到最佳驅(qū)動(dòng)效果，選擇TA8435H芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。二.理論分析與計(jì)算步進(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)一周脈沖數(shù)：N=2Ji/0.9°=400時(shí)序A+B-A-B+10001200113001時(shí)序A+B-A-B+1000120011300104011050100611007100081001a1半步時(shí)序表時(shí)序A+B-A-B+11001200113011041100表2整步時(shí)序表在圖J.3中，第一個(gè)CK時(shí)鐘周期時(shí)，解碼器打開橋式驅(qū)動(dòng)電路，電流從VMA流經(jīng)電機(jī)的線圈后經(jīng)RNFA后與地構(gòu)成回路，由于線圈電感的作用，電流是逐漸增大的，所以RNFB上的電壓也隨之上升。當(dāng)RNFB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)線圈上的電流開始衰減，RNFB上的電壓也相應(yīng)減??；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)，電流不斷的上升和卜.降形成鋸齒波，其波形如圖3中IA波形的第1段。另外由于斬波器頻率很高，一般在幾十kHz,其頻率大小與所選用電容有關(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)鐘周期開始時(shí)，輸出電流控制電路輸出電壓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)線圈的電流從第1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己，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，加在線圈B上的電流，如圖3中低在CK一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，流經(jīng)線圈A和線圈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J.3TA8435H細(xì)分原理3,硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路如圖J.4所示。圖中引腳Ml和M2決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方式：M1=O、M2=0,電機(jī)按整步方式運(yùn)轉(zhuǎn)；Ml=l、M2=0,電機(jī)按半步方式運(yùn)轉(zhuǎn)：M1=O、M2=l,電機(jī)按1/4細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)；Ml=l、M2=l,電機(jī)按1/8步細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn),CW/CWW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5KHz,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0.8V,REFIN為低電平時(shí)，NFA和NFB輸出電壓為0.5V,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：I0=Vref/Rnfo圖中，設(shè)REFIN=1,選用步進(jìn)電機(jī)額定電流為0.4A,則Rl,R2選用1.6歐姆、2W的大功率電阻，EA芯片片選信號(hào)低電平有效，RESET復(fù)位信號(hào)，高電平有效，D4-D6快恢二極管用來泄放繞組電流。

圖J.5TA8435H驅(qū)動(dòng)電路Jc±JidaocoEwk■?■hu-RuWJ￡-I_T孕p一一￡TdloBRf4ZZPos?l—pn-?r佐^Huljnzosnuao-i口卜卜IX5

o.危DuOSR3一IDr圖J.6TA8435H驅(qū)動(dòng)電路頂層PCB圖0000OOOD□OOQ圖J.7TA8435H驅(qū)動(dòng)電路頂層幺幺印圖圖J.8TA8435H驅(qū)動(dòng)電路底層幺幺印圖注：圖見“步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路1”程序清單:sbitENLMotel=P1A5;sbitCLKLMotei=Plz6;sbitCW_Motei=PlA7;sbitENLMoter=P0A2;sbitCLKLMotel=PO、0;sbitCW_Motei=POAl;〃電機(jī)IOII初始化voidInit_IO_MoterQENLMoter=0;CW_Motei=l;〃正轉(zhuǎn)CLKLMotei-1;——?}voidBack()//后退CW_Moter=0;〃反轉(zhuǎn)CLKLMotei-=0;delayms(l);CLKLMotei-1;——?delayms(9);}voidGoOn0〃前進(jìn)CW_Moter=l;〃正轉(zhuǎn)CLKLMotei-=0;delayms(l);〃使能L:低電平有效〃時(shí)鐘L:低電平有效〃1:正轉(zhuǎn)。0反轉(zhuǎn)〃使能L:低電平有效〃時(shí)鐘L:低電平有效〃1:正轉(zhuǎn)。0反轉(zhuǎn)delayms(9);******************/〃功能:左電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定步數(shù)〃參數(shù)：n-表示轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)--即脈沖數(shù)*****************/voidGoOiiDis_Motei(uchari)while(i-){GoOn();〃前進(jìn)函數(shù)}}************功能:后退一定步數(shù)參數(shù):1--表后退的步數(shù)***************/voidBackDis_Moter(uchaii)while(i-){BackQ;//后退函數(shù)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的使用需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理有所了解，有關(guān)電機(jī)詳細(xì)情況造參考有關(guān)書籍，我們這里作簡(jiǎn)單介紹。電機(jī)簡(jiǎn)單的講就是磁場(chǎng)的相互作用，利用線II6,在磁力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)起來，因此，步進(jìn)電機(jī)主要掌握好相序就可以了，相即線圈繞組，相序即通入各線圈繞組電流的順序。1機(jī)驅(qū)動(dòng)板有兩種方式，一種是時(shí)序芯片+驅(qū)動(dòng)電路，另一種是單純的驅(qū)動(dòng)電路。前者控制比較簡(jiǎn)單，只要給驅(qū)動(dòng)板一個(gè)時(shí)鐘脈沖和兩個(gè)正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)E3定，我們不需要考慮，像這樣的驅(qū)動(dòng)板比較貴，也不適合學(xué)習(xí)用，因?yàn)槲覀円獙懙某绦蛱?jiǎn)單。后者為純驅(qū)動(dòng)電路，無時(shí)序芯片，因此，正反轉(zhuǎn)及速度,?我們學(xué)習(xí)及了解步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)作情況。1.機(jī)有兩相、三相、四相、五相和六相，兩相又分為兩相四線，兩相五線，兩相六線。其中兩相四線、三相三線為橋式驅(qū)動(dòng)，電路比較復(fù)雜，一般使用集成〈線，四相五線等，驅(qū)動(dòng)電路就相對(duì)比較簡(jiǎn)單，木驅(qū)動(dòng)板就為此類型步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的。兩相步進(jìn)電機(jī)，請(qǐng)看下圖，兩相電機(jī)由兩個(gè)相位繞組組成，引出aE電機(jī)，將每相的中心點(diǎn)引出如下COM線，則為兩相六線步進(jìn)電機(jī)，有的電機(jī)將兩條COM線在電機(jī)內(nèi)部己經(jīng)接在一起引出一根，即為兩相五線步進(jìn)電機(jī)，它的差別。PM35S-O48步進(jìn)電機(jī)引線圖1兩相四線時(shí)，a、b相需要控制正反方向電流，即a入b出和b入a出，另外一相相同，因此需要橋式開關(guān)管驅(qū)動(dòng)，開關(guān)管較多，相對(duì)復(fù)雜。如果引入（b與COM一個(gè)方向，則ab點(diǎn)各一個(gè)開關(guān)管就可以了。這樣只要四個(gè)開關(guān)管就可驅(qū)動(dòng)兩相五、六線步進(jìn)電機(jī)了。L六線步進(jìn)電機(jī)的中心線COM線，是接電源的,COM線可以接電源的正極VCC或者負(fù)極GNDoCOM線接VCC時(shí),a、b、c、d則需要功率開關(guān)管引入GND,史功率開關(guān)管引入VCC。多數(shù)使用前者，本板也是一樣，將COM端與VCC端相連。如圖2,圖3和圖4為實(shí)物圖。

圖2圖3：LY-BJ-A圖4：LY-BJ-B，動(dòng)板是兩相五/六線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，也可作為四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。例29和例30使用P2口低四位輸出，先經(jīng)過前級(jí)電壓匹配放大，使用三極管PNP85S'這里怎么不用光藕”，當(dāng)然是可以的，如何設(shè)計(jì)是要看使用的場(chǎng)合，像我們做為學(xué)習(xí)，以理解原理為主。）放大后的電流直接推動(dòng)大功率三極管（NPN型:極管功率的大小影響驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流的大?。龢O管導(dǎo)通后電機(jī)線圈將有電流流過。后級(jí)的四個(gè)三極管相當(dāng)于四個(gè)開關(guān)，分時(shí)的有順序的控制這四個(gè)開1、六線電機(jī)的程序控制方式有四拍和八拍兩種，四拍正轉(zhuǎn)（a->c-〉b->d）和反轉(zhuǎn)（a->d->b->c），八拍正轉(zhuǎn)（a->ac->c->cb-〉b-〉bd-〉d-〉da）和反轉(zhuǎn)>b-〉bc->c-〉ca）。八拍比四拍前進(jìn)角度小一半，即四拍轉(zhuǎn)360度，八拍只轉(zhuǎn)180度，使用哪種拍數(shù)就看你對(duì)電機(jī)控制的要求多精確了。I注意事項(xiàng)動(dòng)板的區(qū)別：后極輸出三極管功率不同，其它一樣。LY-BJ-A:后級(jí)驅(qū)動(dòng)管：TIP41C帶散熱片，驅(qū)動(dòng)電流：3ALY-BJ-B:后級(jí)驅(qū)動(dòng)管：D882,驅(qū)動(dòng)電流：1.5A}J板有兩路電源，前級(jí)由開發(fā)板提供電源，目的是為了匹配P口輸出電平，后級(jí)電源單獨(dú)供給電機(jī)作為輸出電源，限流電阻為（2-3瓦）5歐，可根據(jù)你￡；V）O匚驅(qū)動(dòng)板需要兩路電源，請(qǐng)看圖2,前級(jí)電源及四個(gè)輸入，這里的前級(jí)電源與單片機(jī)使用同一電源，即從開發(fā)板上取電。請(qǐng)看下圖，LY51-L3板上直接有Ji輸出端和電機(jī)電源端，這里的電機(jī)電源是另一路電源，很多朋友忘了這路電源沒接，說