步進(jìn)電機(jī)控制

步進(jìn)電機(jī)控制,步進(jìn),電機(jī),機(jī)電,控制,節(jié)制 一種控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法 劉 清 (南京師范大學(xué) ,江蘇南京 210042 ) 中圖分類號(hào) :TM383. 6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :E 文章編號(hào) :1004 - 7018( 2004) 01 - 0047 - 01 1 用系數(shù)乘法器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速 對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行高精度和平滑調(diào)速 ,就需要高精度和平 滑變化的輸入脈沖頻率。而采用硬件定時(shí)器無(wú)法產(chǎn)生高精度 頻率的脈沖信號(hào) ,對(duì)脈沖信號(hào)的頻率也無(wú)法實(shí)現(xiàn)高分辨率的 平滑調(diào)整。為此 ,作者設(shè)計(jì)了一個(gè)利用系數(shù)乘法器產(chǎn)生頻率 在 1 9999. 9 Hz 范圍內(nèi) ,最小分辨率為 0. 1 Hz 平滑變化的脈 沖信號(hào) ,實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高精度和平滑調(diào)速。 1. 1 系數(shù)乘法器的作用 采用系數(shù)乘法器產(chǎn)生頻率高精度 、平滑變化的脈沖信號(hào) 的電路原理如圖 1 所示。它由 5 片 CD4527 串聯(lián)組成。輸入 圖 1 系數(shù)乘法器原理圖 信號(hào)由時(shí)鐘信號(hào)分頻產(chǎn)生 ,頻率 f 為 1MHz ,比例系數(shù)乘法器的 系數(shù)輸入端 A1 A4 、 B1 B4 、 C1 C4 、 D1 D4 、 E1 E4 ,分別接到 8155 的輸出口 PA0 PA7、 PB0 PB7 、 PC0 PC3 ,由單片機(jī)將設(shè)置 的系數(shù)送到 8155 輸出口 ,從而使比例系數(shù)乘法器的系數(shù)產(chǎn)生 變化 ,變化范圍在 1 9999. 9 之間 ,而乘法器輸出信號(hào)的頻率 F 為 : F = (10000A + 1000B + 100 C + 10 D + E) f/ 100000 其最高頻率是 A = B = C = D = E = 9 時(shí) ,輸出信號(hào)頻率 F = 9999. 9 100Hz ;其最低頻率是 A = B = C = E = D = 0 時(shí) ,輸出 信號(hào)頻率 F = 0。通過(guò)改變乘法器輸入系數(shù) ,可使乘法器輸出 信號(hào)的頻率平滑變化 ,即系數(shù)乘法器系數(shù)每變化 1 ,乘法器輸 出信號(hào)頻率變化為 : F = ( f/ 100000) 1 = 10Hz 系數(shù)乘法器輸出信號(hào)不是方波脈沖 ,不能直接作為步進(jìn) 電機(jī)的輸入脈沖 ,所以必須進(jìn)行處理。處理的方法是將系數(shù) 乘法器的輸出信號(hào)作為 8155 芯片定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖 ,并使定 時(shí)器工作在連續(xù)方波輸出方式。通過(guò)對(duì)系數(shù)乘法器輸出脈沖 計(jì)數(shù) ,定時(shí)器輸出驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)。 為實(shí)現(xiàn)高精度步進(jìn)電機(jī)調(diào)速 ,根據(jù)電機(jī)的調(diào)速范圍 ,將定 時(shí)器時(shí)間常數(shù)設(shè)置分為三種情況 : 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速范圍要輸入脈沖頻率 f 1000Hz 時(shí) , 8155 定時(shí)器時(shí)間常數(shù)為 100。這樣 ,系數(shù)乘法器系數(shù)每變化 1 ,乘法器輸出信號(hào)頻率變化 10Hz ,定時(shí)器的輸出脈沖頻率變 化 0. 1Hz ,且最高頻率為 9999. 9Hz。相對(duì)誤差 0. 1 %。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速范圍要輸入脈沖頻率 100 f 1000Hz 時(shí) ,8155 定時(shí)器時(shí)間常數(shù)為 1000。這樣 ,系數(shù)乘法器系數(shù)每變 化 1 ,定時(shí)器的輸出脈沖頻率變化 0. 01Hz ,且最高頻率為 999. 99Hz。相對(duì)誤差 0. 1 %。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速范圍要輸入脈沖頻率 f 100Hz 時(shí) , 8155 定時(shí)器時(shí)間常數(shù)為 10000。這樣 ,系數(shù)乘法器系數(shù)每變化 1 ,定時(shí)器的輸出脈沖頻率變化 0. 001Hz ,且最高頻率為 99. 999 Hz。相對(duì)誤差 0. 1 %。 1. 2 用系數(shù)乘法器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速 用系數(shù)乘法器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制器如圖 2 所示 ,它由 89C51 單片機(jī)、 8155 接口、系數(shù)乘法器、 CH250 相位分配器以及 人機(jī)接口組成。 圖 2 步進(jìn)電機(jī)控制器 1. 2. 1 步進(jìn)電機(jī)的高精度速度控制 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度 ,首先計(jì)算出輸出到相位分配 器的脈沖信號(hào)頻率 f ;然后 ,由步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度的范圍確定 8155 定時(shí)器的時(shí)間常數(shù) X ;最后 ,確定系數(shù)乘法器的系數(shù) A、 B、 C、 D、 E。時(shí)間常數(shù)和系數(shù)的設(shè)置由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 1. 2. 2 步進(jìn)電機(jī)的平滑起動(dòng)與變速 步進(jìn)電機(jī)能夠響應(yīng)的變速頻率比較低 ,在進(jìn)行步進(jìn)電機(jī) 的起動(dòng)和變速時(shí) ,若起動(dòng)和變速頻率大于步進(jìn)電機(jī)的允許的 極限變速頻率時(shí) ,步進(jìn)電機(jī)將失步。例如 :步進(jìn)電機(jī)允許加速 度 a 200 步 / s2 ,即 :所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率變化加速度為 fa 400Hz ,若超過(guò)這個(gè)范圍 ,步進(jìn)電機(jī)將失步。為了使步進(jìn)電 機(jī)在起動(dòng)和變速時(shí)不產(chǎn)生失步 ,在此采用驅(qū)動(dòng)脈沖頻率定時(shí) 遞增 (減 )的方式進(jìn)行起動(dòng)和變速 ,即 :每 2. 5 ms 使系數(shù)乘法器 的“十位”系數(shù) 1 ,驅(qū)動(dòng)脈沖該頻率遞增 (減 ) 1Hz ,這樣經(jīng) CH250 后 ,步進(jìn)電機(jī)變速的加速度 300 步 / s2 ,而不會(huì)使步 進(jìn)電機(jī)失步。 2 結(jié) 語(yǔ) 采用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制 ,因定時(shí)器產(chǎn)生的 脈沖信號(hào)頻率不是線性變化的 ,所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高 精度和平滑調(diào)速。為此 ,作者設(shè)計(jì)了一個(gè)采用系數(shù)乘法器的 步進(jìn)電機(jī)控制器 ,該控制器可以使步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率 高精度、平滑變化 ,使原用定時(shí)器無(wú)法解決的問(wèn)題 ,在此變得 十分簡(jiǎn)單。另外 ,用該控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,實(shí)現(xiàn)汽車車 速表校驗(yàn)的檢測(cè)系統(tǒng)已在重慶長(zhǎng)安汽車公司投入使用。 為進(jìn)一步提高本刊的編輯質(zhì)量 ,請(qǐng)您對(duì)此文在讀 者服務(wù)卡上圈上數(shù)字代碼 : 有價(jià)值 ,請(qǐng)圈 39 ;沒(méi)有價(jià)值 ,請(qǐng)圈 40。 74 微特電機(jī) 2004 年第 1 期 R 讀者園地eaders home 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 一種高精度步進(jìn)式位置伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)本文來(lái)自2006年第5期“交流伺服系統(tǒng)”上 ,已經(jīng)被閱讀過(guò)462次關(guān)鍵詞： 運(yùn)動(dòng)控制卡步進(jìn)電機(jī)位置伺服系統(tǒng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的控制電機(jī)，在數(shù)字控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，由專門的、可以產(chǎn)生一定頻率、功率和時(shí)序的電脈沖的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性好。步進(jìn)電機(jī)可用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制組成位置控制系統(tǒng)，并且系統(tǒng)定位度高，具有良好的跟蹤性能，沒(méi)有積累誤差。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位移量是嚴(yán)格正比于輸入脈沖數(shù)，平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于輸入脈沖頻率。尤其是混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有小步距角、快速啟停、消耗功率小、斷電時(shí)有定位轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，越來(lái)越多在工業(yè)中得到應(yīng)用。同時(shí)采用細(xì)分控制策略又大幅度提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)了分辨率，并且有效地抑制單步運(yùn)行中所產(chǎn)生的噪聲和振蕩現(xiàn)象，無(wú)需專門的阻尼器，既減小了控制器的體積，又降低了成本。利用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)及細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)，基于DEC4T運(yùn)動(dòng)控制卡組成一套雙坐標(biāo)的位置伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)配備了基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的視窗交互式控制軟件，可以實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)軌跡的合成、插補(bǔ)運(yùn)算以及在線高速軌跡跟蹤和控制，同時(shí)具有圖示化的編程功能?；谠撈脚_(tái)可方便的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)及仿真研究。系統(tǒng)控制方案及軟硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 以步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器作為的執(zhí)行部件的位置伺服系統(tǒng)，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中達(dá)到精確的控制。在該開(kāi)環(huán)步進(jìn)式位置伺服系統(tǒng)中指令信號(hào)是單向流動(dòng)的，由DEC4T卡發(fā)出的指令脈沖，經(jīng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)雙坐標(biāo)平臺(tái)移動(dòng)。系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制方案如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制方案圖基于ISA總線的運(yùn)動(dòng)控制卡 DEC4T運(yùn)動(dòng)控制卡是德國(guó)MOVTEC公司開(kāi)發(fā)出來(lái)的針對(duì)ISA總線的運(yùn)動(dòng)控制卡。它用于控制步進(jìn)電機(jī)和數(shù)字伺服電機(jī)，最多可以控制4軸4聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行直線、圓弧插補(bǔ)和樣條函數(shù)等運(yùn)動(dòng)。DEC4T運(yùn)動(dòng)控制卡作為步進(jìn)電機(jī)的上位單元，與計(jì)算機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)主要完成人機(jī)交互界面的管理、控制系統(tǒng)的檢測(cè)和控制工作；運(yùn)動(dòng)控制卡接收計(jì)算機(jī)CPU的發(fā)出的指令，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃。這包括脈沖的方向和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速處理、原點(diǎn)和限位開(kāi)關(guān)等信號(hào)的檢測(cè)。系統(tǒng)具有軟件搜索參考點(diǎn)和軟件限位功能，這樣可以保證電機(jī)和滾珠絲杠等精密部件不在系統(tǒng)運(yùn)行中損壞。系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用整體式稀土永磁混合兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，該類電機(jī)兼有反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。它既可以像反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一樣實(shí)現(xiàn)小步距角運(yùn)轉(zhuǎn)，有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率；同時(shí)又可以像永磁式步進(jìn)電機(jī)那樣，控制功率小，功耗低，輸出力矩大，具有定位轉(zhuǎn)矩。為了減小低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪音，提高運(yùn)行平穩(wěn)性、分辨率和精度，電機(jī)采用小步距角細(xì)分控制，以確保步進(jìn)電機(jī)不丟步，速度實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。步進(jìn)伺服系統(tǒng)控制器與步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)如圖2所示。 圖2 步進(jìn)伺服系統(tǒng)控制器與步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)的控制軟件 系統(tǒng)采用通用數(shù)控軟件EdiTasc來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制功能。其中包括連續(xù)點(diǎn)動(dòng)、搜索參考點(diǎn)、軟件限位、在線編寫運(yùn)動(dòng)軌跡等。EdiTasc是由德國(guó)MOVTEC公司為了控制多軸運(yùn)動(dòng)控制卡開(kāi)發(fā)出來(lái)基于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下實(shí)時(shí)運(yùn)行的通用數(shù)控軟件。它是一個(gè)高度開(kāi)放的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以直接控制各種工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，方便的開(kāi)發(fā)專用的界面和控制系統(tǒng)。其漢化軟件可以識(shí)別國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的DIN66025G代碼和MTASC高級(jí)語(yǔ)言。EdiTasc由底層運(yùn)動(dòng)控制軟件和用戶操作界面組成，底層運(yùn)動(dòng)控制軟件跟運(yùn)動(dòng)控制卡建立通訊，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，同時(shí)也可以對(duì)所需要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。Editasc軟件可以接收來(lái)自多種CAD/CAM軟件產(chǎn)生的加工程序，如Mastercam、海爾軟件、文泰軟件等。圖3所示為步進(jìn)式位置伺服軟硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖。 圖3 步進(jìn)式位置伺服軟硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖 步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率的確定及參數(shù)驗(yàn)算 步進(jìn)電機(jī)主要參數(shù)：脈沖分配方式為兩相四拍，步矩角0.9，靜態(tài)相電流3A，保持轉(zhuǎn)矩1.0N.m，空載起動(dòng)頻率2KPPS，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.23kg.cm2。為了計(jì)算脈沖頻率必須先確定脈沖當(dāng)量P，即每一個(gè)電脈沖負(fù)載產(chǎn)生的直線位移量。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器采用8細(xì)分，由此，其中0.9為半步驅(qū)動(dòng)方式時(shí)的步矩角，t4mm為絲杠螺距，i1為傳動(dòng)比。因此，可以得出脈沖當(dāng)量P0.00125mm/p。 系統(tǒng)的快速直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)速度為200mm/s，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，精度為0.01mm。在鍵盤上每一次按鍵運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出的脈沖為8個(gè)，轉(zhuǎn)換成位移量為P80.01mm。而絲杠螺距為4mm，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈需要的脈沖數(shù)為360/（0.9/8）3200個(gè)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈絲杠位移為一個(gè)螺距，即4mm。因此，絲杠位移0.01mm時(shí)所需要的脈沖數(shù)為8個(gè)。這就是說(shuō)，在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出的脈沖數(shù)等于步進(jìn)電機(jī)所接收到的脈沖數(shù)，并且準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為絲杠的直線位移。系統(tǒng)的性能研究系統(tǒng)的誤差和精度分析 雙坐標(biāo)步進(jìn)式位置伺服系統(tǒng)的誤差主來(lái)源有兩方面: 一是機(jī)械方面，包括滾珠絲杠副等傳動(dòng)部件； 二是電氣方面，主要是步進(jìn)電機(jī)。 滾珠絲杠副都進(jìn)行了預(yù)緊，從理論上來(lái)講消除了其出現(xiàn)誤差的可能性。實(shí)際上對(duì)于有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)部件，必然會(huì)存在間隙，因而絲杠反向運(yùn)行時(shí)將會(huì)出現(xiàn)微小的空程，這個(gè)空程足可以影響系統(tǒng)的精度。同時(shí)絲杠的螺距誤差和傳動(dòng)剛度對(duì)系統(tǒng)的精度也有很大的影響。 步進(jìn)電機(jī)的步距角精度和振動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的精度也造成很大的影響。典型的步進(jìn)電機(jī)的步距角精度可以達(dá)到35%，并且不積累。如圖4所示為步進(jìn)電機(jī)位置精度。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度會(huì)產(chǎn)生步距角誤差，步距角誤差為測(cè)量步距角度和理論步距角度的差。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)N個(gè)步，并且從電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)的初始位置測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為N， 設(shè)步距誤差為N，則NNN，其中為步進(jìn)電機(jī)的步距角。一般用戶根據(jù)步距誤差的最大與最小值之差來(lái)計(jì)算，即。 圖4 步進(jìn)電機(jī)位置精度提高系統(tǒng)性能的措施 為了消除滾珠絲杠的空程影響可以通過(guò)軟件和硬件兩方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用補(bǔ)償電路或者是軟件補(bǔ)償方法，補(bǔ)償滾珠絲杠的空程和螺距誤差，以提高系統(tǒng)的位移精度。在該系統(tǒng)中選用高精度的滾珠絲杠副和坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)械平臺(tái)從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面保證系統(tǒng)的精度，并且控制軟件來(lái)保證系統(tǒng)的精度。EdiTasc能夠在插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)按設(shè)定的時(shí)間段周期性的與運(yùn)動(dòng)控制卡DEC4T建立通訊，使DEC4T獲得相關(guān)軸運(yùn)動(dòng)的速度和長(zhǎng)度，軟件具有預(yù)讀功能和預(yù)加速/減速功能，這樣可以保證速度的恒定和平穩(wěn)過(guò)渡。運(yùn)動(dòng)控制軟件自動(dòng)計(jì)算位置偏差，并根據(jù)該差值對(duì)位置偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)精確運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)控制卡DEC4T按接收的指令自行控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)采用微步驅(qū)動(dòng)模式，可以達(dá)到平滑的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高分辨率、消除振動(dòng)，從而提高了系統(tǒng)的精度。運(yùn)動(dòng)控制卡可以實(shí)現(xiàn)控制脈沖的精確定時(shí)功能，采取了抗干擾措施。 結(jié)語(yǔ) 以兩相混合式步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行部件的位置伺服系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，具有開(kāi)放性、靈活性、可靠性并且具有較高的精度。它可以作為機(jī)電一體化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，滿足了現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)的需要。通過(guò)該系統(tǒng)可以掌握各類數(shù)控的基本原理、運(yùn)動(dòng)控制的基本概念、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的集成方法。同時(shí)本系統(tǒng)也可以作為數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具。該系統(tǒng)符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可以直接進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制。本文摘自伺服控制三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì) 【論文摘要】介紹了三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的一種設(shè)計(jì)方法。將LM331接成電壓/頻率（V/F）轉(zhuǎn)換方式，使輸入控制電壓轉(zhuǎn)換成一定寬度的脈沖信號(hào)，利用PMM8713將輸入脈沖信號(hào)分配成一定相序的控制步進(jìn)電機(jī)各相通斷的脈沖信號(hào)，通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作。 1、引言 隨著運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展與成熟，步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是一種完成數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制用途電動(dòng)機(jī)的最大特點(diǎn)是，步進(jìn)電機(jī)接收數(shù)字控制信號(hào)（電脈沖信號(hào)），并將這些脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的角位移或直線位移。步進(jìn)電機(jī)另一重要的特點(diǎn)是其必須與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路配合使用，而且其工作性能在很大程度上取決于所使用的驅(qū)動(dòng)電路的類型和實(shí)際參數(shù)。因此，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分。本文主要介紹三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的一種實(shí)用電路，該驅(qū)動(dòng)電路的系統(tǒng)框圖如圖1所示。 2、脈沖分配器PMM8713 PMM8713是由日本Sanyo（三洋）電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)控制用的脈沖分配器（又稱邏輯轉(zhuǎn)換器），為雙列直插式16腳單片CMOS集成芯片。PMM8713既可以用于3相控制，又可以用于4相控制。勵(lì)磁有1相、2相和1-2相三種方式，通過(guò)電路設(shè)計(jì)可任選其中一種激勵(lì)方式。此外，PMM8713還具有單時(shí)鐘或雙時(shí)鐘工作方式，帶有正反轉(zhuǎn)控制功能以及初始化復(fù)位功能。其內(nèi)部有（1）時(shí)鐘選通，（2）激勵(lì)方式控制，（3）可逆環(huán)形計(jì)數(shù)，（4）激勵(lì)方式判斷等電路。PMM8713所有輸入端均采用施密特整形電路，因此抗干擾能力強(qiáng)。輸出電流大于20mA，可直接驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)。引腳如圖2所示。各引腳功能說(shuō)明：C（）、（）是雙時(shí)鐘工作的時(shí)鐘輸入端。C端接正轉(zhuǎn)時(shí)鐘；C端接反轉(zhuǎn)時(shí)鐘。CK（PIN3）為單時(shí)鐘輸入端，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由U/D（PIN4）腳來(lái)控制。在電路處于單時(shí)鐘輸入控制的前提下，當(dāng)U/D=高電平時(shí)，則輸出端輸出正轉(zhuǎn)脈沖序列；當(dāng)U/D=低電平時(shí)，則輸出端輸出反轉(zhuǎn)脈沖序列。E（）和E（）為激勵(lì)方式選擇端。E時(shí)，為雙激勵(lì)方式；E時(shí)，為1-2相激勵(lì)方式；E或10(即兩電平相反)時(shí)，為單激勵(lì)方式。3/4（PIN7）為三相或四相選擇控制端。當(dāng)該腳=0時(shí)，為三相輸出；當(dāng)該腳=1時(shí)，為思想輸出，通過(guò)該腳可以選擇控制三相或四相步進(jìn)電機(jī)。AD（PIN1310）為4個(gè)相驅(qū)動(dòng)端。3相用AC（D=0），4相用AD端。EM（PIN14）是激勵(lì)方式狀態(tài)標(biāo)志。雙激勵(lì)方式該端輸出為高電平；單激勵(lì)方式該端輸出為低電平；1-2相激勵(lì)時(shí)該端輸出兩倍時(shí)鐘周期的脈沖。C0（PIN15）為輸入時(shí)鐘檢測(cè)端。當(dāng)該電路有時(shí)鐘脈沖輸入時(shí)，在C端可輸出同步于時(shí)鐘的脈沖。R（PIN9）為復(fù)位控制端，加低電平使輸出端AD復(fù)位為表1所示的初始狀態(tài)。（其中0表示低電平，1表示高電平）。 3、電壓-頻率變換器LM331 LM331是美國(guó)NS公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片。LM331可用作精密的頻率電壓（F/V）轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長(zhǎng)時(shí)間積分器以及其他相關(guān)的器件。LM331為雙列直插式8腳芯片，其引腳如圖3所示。 LM331內(nèi)部有（1）輸入比較電路、（2）定時(shí)比較電路、（3）R-S觸發(fā)電路、（4）復(fù)零晶體管、（5）輸出驅(qū)動(dòng)管、（6）能隙基準(zhǔn)電路、（7）精密電流源電路、（8）電流開(kāi)關(guān)、（9）輸出保護(hù)點(diǎn)路等部分。輸出管采用集電極開(kāi)路形式，因此可以通過(guò)選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，從而適應(yīng)TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。此外，LM331可采用單/雙電源供電，電壓范圍為440V，輸出也高達(dá)40V。I（PIN1）為電流源輸出端，在f（PIN3）輸出邏輯低電平時(shí)，電流源輸出對(duì)電容充電。引腳2（PIN2）為增益調(diào)整，改變的值可調(diào)節(jié)電路轉(zhuǎn)換增益的大小。f（PIN3）為頻率輸出端，為邏輯低電平，脈沖寬度由t和t決定。引腳4（PIN4）為電源地。引腳5（PIN5）為定時(shí)比較器正相輸入端。引腳6（PIN6）為輸入比較器反相輸入端。引腳7（PIN7）為輸入比較器正相輸入端。引腳8（PIN8）為電源正端。 4、驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路 驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路由電壓-頻率變換電路LM331、脈沖分配器PMM8713和四電路通用運(yùn)算放大器LM348等構(gòu)成，如圖4所示。外接電阻Rt、電容Ct、內(nèi)部定時(shí)比較器、復(fù)零晶體管和R-S觸發(fā)器等構(gòu)成單穩(wěn)定時(shí)電路。當(dāng)輸入端Vi+輸入的電壓大于i-輸入端的電壓時(shí)，f輸出邏輯低電平。同時(shí)，電流源對(duì)電容充電。電源也通過(guò)電阻t對(duì)電容t充電。當(dāng)電容t兩端的充電電壓大于的2/3時(shí)。輸出端f0輸出為邏輯高電平。此時(shí)，電容Cr通過(guò)內(nèi)部電路放電；對(duì)電阻放電。當(dāng)放電電壓等于輸入電壓i時(shí)，輸入比較器再次輸出高電平，f輸出邏輯低電平。如此反復(fù)循環(huán)，構(gòu)成自激振f蕩。根據(jù)電容上電荷平衡原理和相關(guān)的電學(xué)知識(shí)，我們可以推導(dǎo)出：fi/(t）。t為充電時(shí)間，由定時(shí)元件Ct和Rt決定；I為內(nèi)部精密電流源輸出電流。可得出輸出頻率f0和輸入電壓Vi成正比。從而由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)輸出的可變電壓信號(hào)經(jīng)PMM8713變換后產(chǎn)生可變的頻率信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 方向控制電路由LM348四電路通用運(yùn)算放大器構(gòu)成。外部方向控制信號(hào)通過(guò)LM348和基準(zhǔn)電壓構(gòu)成電壓比較電路。當(dāng)Vdi大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，U3A輸出為正，接至PMM8713的第四腳，控制輸出端輸出正相脈沖序列。當(dāng)di小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，輸出端為負(fù)，接至PMM8713的第四腳，控制輸出端輸出負(fù)相脈沖序列，相應(yīng)相驅(qū)動(dòng)輸出端輸出正反相脈沖序列，從而控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 由LM331給出的輸入指令是輸入時(shí)鐘f和方向指令DIR，這兩個(gè)指令在PMM8713中經(jīng)邏輯組合轉(zhuǎn)換各相通斷的時(shí)序邏輯信號(hào)。PMM8713的相驅(qū)動(dòng)輸出端（PIN10PIN13）的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)20mA以上，能直接驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)。、為開(kāi)機(jī)時(shí)自動(dòng)初始化電路。初上電的數(shù)十毫秒內(nèi)R端為低電平，從而AD端自動(dòng)復(fù)位至初始狀態(tài)（參見(jiàn)表1）。如果外接的步進(jìn)電機(jī)功率較大，PMM8713輸出驅(qū)動(dòng)端驅(qū)動(dòng)能力不夠。此時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)功率放大驅(qū)動(dòng)電路，然后再驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。PMM8713各相輸出端的導(dǎo)通順序邏輯信號(hào)送至功率驅(qū)動(dòng)段轉(zhuǎn)換成內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)的基極（或柵極）驅(qū)動(dòng)信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，按相繞組流過(guò)的電流是單向或雙向，可分為單極性和雙極性驅(qū)動(dòng)。通常，三相步進(jìn)電機(jī)采用單極性驅(qū)動(dòng)。從功率驅(qū)動(dòng)級(jí)電路來(lái)分析，又有電壓驅(qū)動(dòng)和電流驅(qū)動(dòng)之分。本設(shè)計(jì)中采用串聯(lián)電阻電壓驅(qū)動(dòng)方式。在相繞組中串接一定阻值和功率的電阻，一方面減小了繞組回路的時(shí)間常數(shù)，同時(shí)又對(duì)低頻和靜止工作時(shí)的電流進(jìn)行限制。 5、結(jié)束語(yǔ) 根據(jù)上述電路設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、性能穩(wěn)定。采用此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)55BF004型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，已成功地應(yīng)用在小距離驅(qū)動(dòng)和位置跟蹤等設(shè)置中，運(yùn)行效果良好。 6、參考文獻(xiàn) 1郝鴻安.3-4相步進(jìn)電機(jī)控制器5G8713J.電子技術(shù)，1991，8 2李華MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M.北京航空航天大學(xué)出版社,1999,289C2051驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的電路和源碼程序stepper.c stepper.hex /* * STEPPER.C * sweeping steppers rotor cw and cww 400 steps * Copyright (c) 1999 by W.Sirichote */ #include c:mc518051io.h /* include i/o header file */ #include c:mc518051reg.h register unsigned char j,flag1,temp; register unsigned int cw_n,ccw_n; unsigned char step8=0x80,0xc0,0x40,0x60,0x20,0x30,0x10,0x90 #define n 400 /* flag1 mask byte 0x01 run cw() 0x02 run ccw() */ main() flag1=0; serinit(9600); disable(); /* no need timer interrupt */ cw_n = n; /* initial step number for cw */ flag1 |=0x01; /* initial enable cw() */ while(1) tick_wait(); /* wait for 10ms elapsed */ energize(); /* round-robin execution the following tasks every 10ms */ cw(); ccw(); cw() if(flag1&0x01)!=0) cw_n-; /* decrement cw step number */ if (cw_n !=0) j+; /* if not zero increment index j */ else flag1&=0x01; /* disable cw() execution */ ccw_n = n; /* reload step number to ccw counter */ flag1 |=0x02; /* enable cww() execution */ ccw() if(flag1&0x02)!=0) ccw_n-; /* decremnent ccw step number */ if (ccw_n !=0) j-; /* if not zero decrement index j */ else flag1&=0x02; /* disable ccw() execution */ cw_n = n; /* reload step number to cw counter */ flag1 |=0x01; /* enable cw() execution */ tick_wait() /* cputick was replaced by simpler ASM code 10ms wait */ asm JNB TCON.5,*; /* wait for TF0 set */ asm CLR TCON.5; /* clear TF0 for further set */ asm ORL TH0,#$DC; /* reload TH0 with $DC, TL0 = 0 */ energize() P1 = step(j&0x07); /* only step 0-7 needed */ 電路圖返回頂部 打印 一種控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法 劉 清 (南京師范大學(xué) ,江蘇南京 210042 ) 中圖分類號(hào) :TM383. 6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :E 文章編號(hào) :1004 - 7018( 2004) 01 - 0047 - 01 1 用系數(shù)乘法器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速 對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行高精度和平滑調(diào)速 ,就需要高精度和平 滑變化的輸入脈沖頻率。而采用硬件定時(shí)器無(wú)法產(chǎn)生高精度 頻率的脈沖信號(hào) ,對(duì)脈沖信號(hào)的頻率也無(wú)法實(shí)現(xiàn)高分辨率的 平滑調(diào)整。為此 ,作者設(shè)計(jì)了一個(gè)利用系數(shù)乘法器產(chǎn)生頻率 在 1 9999. 9 Hz 范圍內(nèi) ,最小分辨率為 0. 1 Hz 平滑變化的脈 沖信號(hào) ,實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高精度和平滑調(diào)速。 1. 1 系數(shù)乘法器的作用 采用系數(shù)乘法器產(chǎn)生頻率高精度 、平滑變化的脈沖信號(hào) 的電路原理如圖 1 所示。它由 5 片 CD4527 串聯(lián)組成。輸入 圖 1 系數(shù)乘法器原理圖 信號(hào)由時(shí)鐘信號(hào)分頻產(chǎn)生 ,頻率 f 為 1MHz ,比例系數(shù)乘法器的 系數(shù)輸入端 A1 A4 、 B1 B4 、 C1 C4 、 D1 D4 、 E1 E4 ,分別接到 8155 的輸出口 PA0 PA7、 PB0 PB7 、 PC0 PC3 ,由單片機(jī)將設(shè)置 的系數(shù)送到 8155 輸出口 ,從而使比例系數(shù)乘法器的系數(shù)產(chǎn)生 變化 ,變化范圍在 1 9999. 9 之間 ,而乘法器輸出信號(hào)的頻率 F 為 : F = (10000A + 1000B + 100 C + 10 D + E) f/ 100000 其最高頻率是 A = B = C = D = E = 9 時(shí) ,輸出信號(hào)頻率 F = 9999. 9 100Hz ;其最低頻率是 A = B = C = E = D = 0 時(shí) ,輸出 信號(hào)頻率 F = 0。通過(guò)改變乘法器輸入系數(shù) ,可使乘法器輸出 信號(hào)的頻率平滑變化 ,即系數(shù)乘法器系數(shù)每變化 1 ,乘法器輸 出信號(hào)頻率變化為 : F = ( f/ 100000) 1 = 10Hz 系數(shù)乘法器輸出信號(hào)不是方波脈沖 ,不能直接作為步進(jìn) 電機(jī)的輸入脈沖 ,所以必須進(jìn)行處理。處理的方法是將系數(shù) 乘法器的輸出信號(hào)作為 8155 芯片定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖 ,并使定 時(shí)器工作在連續(xù)方波輸出方式。通過(guò)對(duì)系數(shù)乘法器輸出脈沖 計(jì)數(shù) ,定時(shí)器輸出驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)。 為實(shí)現(xiàn)高精度步進(jìn)電機(jī)調(diào)速 ,根據(jù)電機(jī)的調(diào)速范圍 ,將定 時(shí)器時(shí)間常數(shù)設(shè)置分為三種情況 : 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速范圍要輸入脈沖頻率 f 1000Hz 時(shí) , 8155 定時(shí)器時(shí)間常數(shù)為 100。這樣 ,系數(shù)乘法器系數(shù)每變化 1 ,乘法器輸出信號(hào)頻率變化 10Hz ,定時(shí)器的輸出脈沖頻率變 化 0. 1Hz ,且最高頻率為 9999. 9Hz。相對(duì)誤差 0. 1 %。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速范圍要輸入脈沖頻率 100 f 1000Hz 時(shí) ,8155 定時(shí)器時(shí)間常數(shù)為 1000。這樣 ,系數(shù)乘法器系數(shù)每變 化 1 ,定時(shí)器的輸出脈沖頻率變化 0. 01Hz ,且最高頻率為 999. 99Hz。相對(duì)誤差 0. 1 %。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速范圍要輸入脈沖頻率 f 100Hz 時(shí) , 8155 定時(shí)器時(shí)間常數(shù)為 10000。這樣 ,系數(shù)乘法器系數(shù)每變化 1 ,定時(shí)器的輸出脈沖頻率變化 0. 001Hz ,且最高頻率為 99. 999 Hz。相對(duì)誤差 0. 1 %。 1. 2 用系數(shù)乘法器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速 用系數(shù)乘法器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制器如圖 2 所示 ,它由 89C51 單片機(jī)、 8155 接口、系數(shù)乘法器、 CH250 相位分配器以及 人機(jī)接口組成。 圖 2 步進(jìn)電機(jī)控制器 1. 2. 1 步進(jìn)電機(jī)的高精度速度控制 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度 ,首先計(jì)算出輸出到相位分配 器的脈沖信號(hào)頻率 f ;然后 ,由步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度的范圍確定 8155 定時(shí)器的時(shí)間常數(shù) X ;最后 ,確定系數(shù)乘法器的系數(shù) A、 B、 C、 D、 E。時(shí)間常數(shù)和系數(shù)的設(shè)置由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 1. 2. 2 步進(jìn)電機(jī)的平滑起動(dòng)與變速 步進(jìn)電機(jī)能夠響應(yīng)的變速頻率比較低 ,在進(jìn)行步進(jìn)電機(jī) 的起動(dòng)和變速時(shí) ,若起動(dòng)和變速頻率大于步進(jìn)電機(jī)的允許的 極限變速頻率時(shí) ,步進(jìn)電機(jī)將失步。例如 :步進(jìn)電機(jī)允許加速 度 a 200 步 / s2 ,即 :所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率變化加速度為 fa 400Hz ,若超過(guò)這個(gè)范圍 ,步進(jìn)電機(jī)將失步。為了使步進(jìn)電 機(jī)在起動(dòng)和變速時(shí)不產(chǎn)生失步 ,在此采用驅(qū)動(dòng)脈沖頻率定時(shí) 遞增 (減 )的方式進(jìn)行起動(dòng)和變速 ,即 :每 2. 5 ms 使系數(shù)乘法器 的“十位”系數(shù) 1 ,驅(qū)動(dòng)脈沖該頻率遞增 (減 ) 1Hz ,這樣經(jīng) CH250 后 ,步進(jìn)電機(jī)變速的加速度 300 步 / s2 ,而不會(huì)使步 進(jìn)電機(jī)失步。 2 結(jié) 語(yǔ) 采用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制 ,因定時(shí)器產(chǎn)生的 脈沖信號(hào)頻率不是線性變化的 ,所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高 精度和平滑調(diào)速。為此 ,作者設(shè)計(jì)了一個(gè)采用系數(shù)乘法器的 步進(jìn)電機(jī)控制器 ,該控制器可以使步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率 高精度、平滑變化 ,使原用定時(shí)器無(wú)法解決的問(wèn)題 ,在此變得 十分簡(jiǎn)單。另外 ,用該控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,實(shí)現(xiàn)汽車車 速表校驗(yàn)的檢測(cè)系統(tǒng)已在重慶長(zhǎng)安汽車公司投入使用。 為進(jìn)一步提高本刊的編輯質(zhì)量 ,請(qǐng)您對(duì)此文在讀 者服務(wù)卡上圈上數(shù)字代碼 : 有價(jià)值 ,請(qǐng)圈 39 ;沒(méi)有價(jià)值 ,請(qǐng)圈 40。 74 微特電機(jī) 2004 年第 1 期 R 讀者園地eaders home 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 89C2051驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的電路和源碼程序stepper.c stepper.hex /* * STEPPER.C * sweeping steppers rotor cw and cww 400 steps * Copyright (c) 1999 by W.Sirichote */ #include c:mc518051io.h /* include i/o header file */ #include c:mc518051reg.h register unsigned char j,flag1,temp; register unsigned int cw_n,ccw_n; unsigned char step8=0x80,0xc0,0x40,0x60,0x20,0x30,0x10,0x90 #define n 400 /* flag1 mask byte 0x01 run cw() 0x02 run ccw() */ main() flag1=0; serinit(9600); disable(); /* no need timer interrupt */ cw_n = n; /* initial step number for cw */ flag1 |=0x01; /* initial enable cw() */ while(1) tick_wait(); /* wait for 10ms elapsed */ energize(); /* round-robin execution the following tasks every 10ms */ cw(); ccw(); cw() if(flag1&0x01)!=0) cw_n-; /* decrement cw step number */ if (cw_n !=0) j+; /* if not zero increment index j */ else flag1&=0x01; /* disable cw() execution */ ccw_n = n; /* reload step number to ccw counter */ flag1 |=0x02; /* enable cww() execution */ ccw() if(flag1&0x02)!=0) ccw_n-; /* decremnent ccw step number */ if (ccw_n !=0) j-; /* if not zero decrement index j */ else flag1&=0x02; /* disable ccw() execution */ cw_n = n; /* reload step number to cw counter */ flag1 |=0x01; /* enable cw() execution */ tick_wait() /* cputick was replaced by simpler ASM code 10ms wait */ asm JNB TCON.5,*; /* wait for TF0 set */ asm CLR TCON.5; /* clear TF0 for further set */ asm ORL TH0,#$DC; /* reload TH0 with $DC, TL0 = 0 */ energize() P1 = step(j&0x07); /* only step 0-7 needed */ 電路圖返回頂部 打印內(nèi)置譯碼器的步進(jìn)電機(jī)微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片A3977 應(yīng)用2007-04-26 11:161引言隨著微步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用的日益廣泛，其驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展也相當(dāng)迅速，各類控制芯片的功能越來(lái)越豐富，操作也越來(lái)越簡(jiǎn)便。A3977是一種新近開(kāi)發(fā)出來(lái)、專門用于雙極型步進(jìn)電機(jī)的微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路，其內(nèi)部集成了步進(jìn)和直接譯碼接口、正反轉(zhuǎn)控制電路、雙H橋驅(qū)動(dòng)，電流輸出25A，最大輸出功率可接近90W。它主要的設(shè)計(jì)功能包括：自動(dòng)混合模式電流衰減控制，PWM電流控制，同步整流，低輸出阻抗的DMOS電源輸出，全、半、14及18步進(jìn)操作，HOME輸出，休眠模式以及易實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)和方向接口等。其應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用及控制方便，有著極其廣泛的應(yīng)用價(jià)值。2A3977工作特點(diǎn)大多數(shù)微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都需要一些額外的控制線，通過(guò)DA轉(zhuǎn)換器為PWM電流調(diào)節(jié)器設(shè)置參考值以及通過(guò)相輸入完成電流極性控制等。許多改進(jìn)型驅(qū)動(dòng)器仍然需要一些輸入來(lái)調(diào)整PWM電流控制模式使其工作在慢、快或混合衰減模式。這就需要系統(tǒng)的微處理器額外負(fù)擔(dān)812個(gè)需依靠DA變換處理的輸入端。如果一個(gè)系統(tǒng)需要如此多的控制輸入，而且其微處理器還要存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)其控制的時(shí)序表，這就增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度。A3977可以通過(guò)其特有的譯碼器來(lái)使這些功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單化，如圖1所示，其最簡(jiǎn)單的步進(jìn)輸入只需“STEP”（步進(jìn)）和“DIR”（方向）2條輸入線，輸出由DMOS的雙H橋完成。通過(guò)“STEP”腳簡(jiǎn)單的輸入1個(gè)脈沖就可以使電機(jī)完成1次步進(jìn)，省去了相序表，高頻控制線及復(fù)雜的編程接口。這使其更適于應(yīng)用在沒(méi)有復(fù)雜的微處理器或微處理器負(fù)擔(dān)過(guò)重的場(chǎng)合。同時(shí)A3977的內(nèi)部電路可以自動(dòng)地控制其PWM操作工作在快、慢及混合衰減模式。這不但降低了電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲，也同時(shí)省去了一些額外的控制線。另外，其內(nèi)部低輸出阻抗的N溝道功率DMOS輸出結(jié)構(gòu)，可以使其輸出達(dá)到25A，35V。這一結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點(diǎn)是，使它能完成同步整流功能。由于有同步整流流功能，既降低了系統(tǒng)的功耗，又可以在應(yīng)用時(shí)省去外加的肖特基二極管。 A3977的休眠功能可以使系統(tǒng)不工作時(shí)的功耗達(dá)到最低。休眠時(shí)芯片的大部分內(nèi)部電路，如輸出DMOS、比較器及電荷泵等都將停止工作。從而在休眠模式時(shí)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流在內(nèi)的總電流消耗在40A以內(nèi)。此外，內(nèi)部保護(hù)電路還有利用磁滯實(shí)現(xiàn)的熱停車、低壓關(guān)斷及換流保護(hù)等功能。集成電路的主要特點(diǎn)： （1）額定輸出為：25A，35V。 （2）低輸出阻抗，源端045，接收端036。（3）自動(dòng)電流衰減檢測(cè)并選擇混合、快和慢等電流衰減模式。 （4）邏輯電平范圍為3055V。 （5）HOME輸出。 （6）降低功耗的同步整流功能。（7）內(nèi)部低壓關(guān)斷、熱停車電路及環(huán)流保護(hù)。3A3977引腳說(shuō)明A3977有兩種封裝：一種是44引腳銅標(biāo)塑封（后綴為ED，A3977SED），另一種是28引腳帶散熱襯墊的塑封（后綴為L(zhǎng)P，A3977SLP），其引腳功能說(shuō)明如表1所示。電荷泵CP1、CP2可以產(chǎn)生一個(gè)高于VBB的門電平，用來(lái)驅(qū)動(dòng)DMOS源端的門。其實(shí)現(xiàn)方法是在CP1和CP2之間接一個(gè)022F的陶瓷電容。同時(shí)VCP和VBB間也需要一個(gè)022F的陶瓷電容作為一個(gè)蓄能器，用來(lái)操作DMOS的高端設(shè)備。VREG是由系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生，用于對(duì)DMOS漏端輸出進(jìn)行操作。VREG引腳須對(duì)地加一個(gè)022F的陶瓷電容作為一個(gè)蓄能器，用來(lái)操作DMOS的高端設(shè)備。VREG是由系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生，用于對(duì)DMOS漏端輸出進(jìn)行操作。VREG引腳須對(duì)地加一個(gè)022F的電容去耦。VREG是受內(nèi)部的電平調(diào)節(jié)器控制的，發(fā)生故障時(shí)其輸出是被禁止的。RC1和RC2引腳是為內(nèi)部PWM電路提供固定截止時(shí)間的。A3977的內(nèi)部PWM控制電路是用一個(gè)脈沖來(lái)控制器件的截止時(shí)間的。而這個(gè)脈沖的84截止時(shí)間toff就是由RC1和RC2引腳對(duì)地所接的電阻RT和電容CT決定的，即：toffRT CT式中，電阻RT和電容CT的取值范圍分別為12100k及4701 500pF另外，除了可以為內(nèi)部PWM控制提供截止時(shí)間外，CT還為比較器提供了關(guān)斷時(shí)間tBLANK。A3977的設(shè)計(jì)要求當(dāng)其輸出由內(nèi)部電流控制電路切換時(shí)，電路取樣比較器的輸出是被禁止的。從而可以防止對(duì)過(guò)電流檢測(cè)作出誤判斷。tBLANK的取值為：tBLANK1400CTENABLE輸入為低電平有效，它是DMOS輸出的使能控制信號(hào)。RESET輸入也是低電平有效，當(dāng)其為低電平時(shí)，DMOS的輸出將被關(guān)斷，所有的步進(jìn)邏輯輸入也將被忽略直至其輸入變高為止。4基本功能說(shuō)明及應(yīng)用電路由于采用了內(nèi)置譯碼器技術(shù)，A3977可以很容易的使用最少的控制線對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)施微步進(jìn)控制。具體功能實(shí)現(xiàn)如下：（1）步進(jìn)控制：步進(jìn)控制信號(hào)有步進(jìn)輸入（STEP）、步進(jìn)模式邏輯輸入（MS1，MS2）以及方向控制信號(hào)（DIR）。每一次上電或復(fù)位（RESET0）后，在內(nèi)置譯碼器的作用下將H橋的輸出預(yù)置到HOME輸入所對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)，然后當(dāng)STEP輸入的上升沿到來(lái)后，內(nèi)置譯碼器將根據(jù)步進(jìn)邏輯的輸入值（步進(jìn)模式見(jiàn)表2）控制H橋的輸出，使電機(jī)在當(dāng)前步進(jìn)模式下產(chǎn)生1次步進(jìn)。步進(jìn)的方向由DIR的輸入邏輯控制，其高、低電平分別控制雙相電機(jī)正反轉(zhuǎn)。 注：全步進(jìn)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為45。（2）內(nèi)部PWM電流控制：每一個(gè)H橋都有一個(gè)有固定截止時(shí)間的PWM電流控制電路，以限制其負(fù)載電流在一個(gè)設(shè)計(jì)值。初始時(shí)，對(duì)角線上的一對(duì)源接收DMOS（一對(duì)上下橋臂）處于輸出狀態(tài)，電流流經(jīng)電機(jī)繞組和SENCE腳所接的電流取樣電阻（見(jiàn)圖1）。當(dāng)取樣電阻上的壓降等于DA的輸出電壓時(shí)，電流取樣比較器將PWM鎖存器復(fù)位，從而關(guān)斷源驅(qū)動(dòng)器（上橋臂），進(jìn)入慢衰減模式；或同時(shí)關(guān)斷源接收驅(qū)動(dòng)器（上下橋臂）進(jìn)入快或混合衰減模式，使產(chǎn)生環(huán)流或電流回流至源端。該環(huán)流或回流將持續(xù)衰減至固定截止時(shí)間結(jié)束為止。然后，正確的輸出橋臂被再次啟動(dòng)，電機(jī)繞組電流再次增加，整個(gè)PWM循環(huán)完成。其中，最大限流Imax是由取樣電阻RS和電流取樣比較器的輸入電平VREF控制的：ImaxVREF8RS固定截止時(shí)間toff的計(jì)算如上所述。（3）電流衰減模式控制：A3977具有自動(dòng)檢測(cè)電流衰減及選擇電流衰減模式功能，從而能給微步進(jìn)提供最佳的正弦電流輸出。電流衰減模式由PFD的輸入進(jìn)行控制，其輸入電平的高低控制輸出電流處于慢、快及混合衰減模式。如果PFD的輸入電壓高于06VDD，則選擇慢衰減模式。如果PFD的輸入電壓低于021VDD，則選擇快衰減模式。處于二者之間的PFD電平值將選擇混合衰減模式。其中混合衰減模式將一個(gè)PWM周期的固定截止時(shí)間分為快、慢兩個(gè)衰減部分。當(dāng)電流達(dá)到最大限流Imax后，系統(tǒng)將進(jìn)入快衰減模式直至SENCE上的取樣電壓衰減至PFD的端電壓VPFD。經(jīng)過(guò)tFD的快衰減后，器件將切換至慢衰減模式直至固定截止時(shí)間結(jié)束。 其中，器件工作在快衰減模式的時(shí)間tFD為： tFDRTCrln（06VPFDVPFD）（4）同步整流控制：同步整流控制是由SR的邏輯輸入控制的。當(dāng)SR輸入為低電平時(shí)，同步整流功能將被啟動(dòng)。此期間，當(dāng)檢測(cè)到電流為零值時(shí)，可通過(guò)關(guān)閉同步整流功能來(lái)防止負(fù)載電流反向，從而防止了電機(jī)繞組反方向?qū)ā６?dāng)SR輸入為高電平時(shí)，同步整流將被禁止。（5）休眠模式：當(dāng)SLEEP引腳輸入為低電平時(shí)，器件將進(jìn)入休眠模式，從而大大降低器件空閑的功耗。進(jìn)入休眠模式后器件的大部分內(nèi)部電路包括DMOS輸出電路、調(diào)節(jié)器及電荷泵等都將停止工作。當(dāng)其輸入為高電平時(shí)，系統(tǒng)恢復(fù)到正常的操作狀態(tài)并將器件的輸出預(yù)置到HOME狀態(tài)。（6）典型應(yīng)用電路：其典型應(yīng)用電路如圖1所示，可見(jiàn)其應(yīng)用電路是非常簡(jiǎn)單的，其正常工作時(shí)僅需5個(gè)邏輯輸入即可。5應(yīng)用注意事項(xiàng)（1）PFD引入端應(yīng)加一個(gè)01F的電容去耦。（2）布線時(shí)應(yīng)布一個(gè)較厚的地層，最好在本器件周圍布上星形地。 （3）最好將芯片直接焊接在線路板上。（4）為VBB引腳加一個(gè)大于47F的電解電容去耦（越靠近芯片越好）。（5）為保證輸出電流取樣的精確，最好使取樣電阻有自己?jiǎn)为?dú)的地，并將其連到器件周圍的星形地上，而且引線越短越好。（6）當(dāng)系統(tǒng)由休眠模式退出后，最少要延遲1ms才可以輸入步進(jìn)命令，從而為驅(qū)動(dòng)DMOS的電荷泵復(fù)位提供充裕的時(shí)間