引言

步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于對精度要求比較高的運動控制系統(tǒng)中，如機(jī)器人、打印機(jī)、軟盤驅(qū)動器、繪圖儀、機(jī)械閥門控制器等。目前，對步進(jìn)電機(jī)的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器體積比較大，同時由于分散器件的延時，其可靠性大大降低；軟件環(huán)形分配器要占用主機(jī)的運行時間，降低了速度；專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器集成度高、可靠性好，但其適應(yīng)性受到限制，同時開發(fā)周期長、需求費用較高。

步進(jìn)電機(jī)控制

步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本控制如下：

*控制換相順序—通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：混合式步進(jìn)電機(jī)的工作方式，其各相通電順序為A-B-C-D，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A，B，C，D相的通斷，這就是所謂脈沖環(huán)形分配器。

*控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向—如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。

*控制步進(jìn)電機(jī)的速度—如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。

PIC16C621A和A3955

PIC16C621A是美國Microchip公司推出的一種性價比很高的8位單片機(jī)。它價格低、封裝小、采用CMOS工藝，具有OTP型，開發(fā)起來很方便。它內(nèi)含4路8位高速ADC，將它擴(kuò)展到11位后，可以大大提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性價比。主要特性為：高性能的RISC結(jié)構(gòu)CPU，精簡的指定集。指令周期時間為200nS。八級硬件堆棧，直接，間接，相對三種尋址方式。雙向可編程設(shè)置I/O，2路比較輸出/PWM輸出，16位定時器/計數(shù)器，內(nèi)置上電復(fù)位電路，程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝。A3955是美國Allegro公司推出的一款性價比很高的脈寬調(diào)制電流輸出的電機(jī)驅(qū)動芯片。主要特性為：最大1.5A的最大驅(qū)動電流，最高50V的供電電壓，帶有過熱自動關(guān)斷保護(hù)電路，欠電壓鎖定（UVLO）保護(hù)，輸出抗浪涌的瞬間保護(hù)功能，自帶PWM 電流控制，3位的線性DAC，帶細(xì)分控制，不同組合不同的細(xì)分?jǐn)?shù)，最多8細(xì)分。

硬件設(shè)計

通常步進(jìn)電機(jī)的脈沖控制是由邏輯電路或?qū)Ｓ眯酒瑢崿F(xiàn)的脈沖環(huán)形分配的，因A3955不自帶環(huán)形分配功能，本設(shè)計采用兩片A3955驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的兩個線圈，來實現(xiàn)脈沖環(huán)形分配的實現(xiàn)。

本設(shè)計采用脈沖加方向的步進(jìn)電機(jī)控制方式，應(yīng)用于驅(qū)動二相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的出線方式不同，與驅(qū)動器的連接也不同，一般有以下幾種方式：

*對于二相四根線電機(jī)，可以直接和驅(qū)動器相連（見圖1）；

*對于四相六根線電機(jī)，中間抽頭的二根線懸空不接，其它四根線和驅(qū)動器相連（見圖1）。

具體硬件如圖2，CLK 為外部脈沖輸入端，DIR為外部方向輸入端，步進(jìn)脈沖信號CLK用于控制步進(jìn)電機(jī)的位置和速度，本驅(qū)動器的設(shè)計為CLK信號為上升沿有效，要求CLK信號的驅(qū)動電流為8-15mA，對CLK的脈沖寬度也有一定的要求，一般不小于5mS。方向電平信號DIR用于控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。此端為高電平時，電機(jī)逆時針方向轉(zhuǎn)，此端為低電平時，電機(jī)為順時針方向轉(zhuǎn)。CLK和DIR信號默認(rèn)幅值為5V，如果不是5V則須外部另加限流電阻R，如信號幅度為12V時，加680W的電阻。MS0，MS1，MS2 為細(xì)分輸入端，最多為8細(xì)分（見表1）。

軟件設(shè)計

為了防止程序進(jìn)入到非程序區(qū)，在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，使程序進(jìn)入陷阱，然后強(qiáng)迫程序回到初始狀態(tài)，從而保護(hù)程序的正常運行。程序設(shè)計首先判斷細(xì)分?jǐn)?shù)，其次判斷方向信號DIR，最后判斷脈沖信號CLK，當(dāng)沒有脈沖信號時，程序進(jìn)入休眠狀態(tài)，隨時準(zhǔn)備接收中斷來的信號，進(jìn)入程序區(qū)，根據(jù)判斷的細(xì)分?jǐn)?shù)和方向信號進(jìn)行電機(jī)的驅(qū)動。代碼如下：

MAIN CLRF PORTA

BSF STATUS，5

MOVLW 0x07 ；整步

MOVWF ADCON1

MOVLW 0X06 ；半步

MOVWF OPTIONREG

MOVLW 0x04 ；四細(xì)分

MOVWF TRISA

CLRF PORTB

BSF STATUS，5

MOVLW 0X00 ；八細(xì)分

MOVWF TRISB

BCF STATUS，5

MOVWF TMR0

TEST BTFSS PORTA，0

GOTO CW ；正轉(zhuǎn)

BTFSC PORTA，0

GOTO CCW ；反轉(zhuǎn)

INT MOVLW 0XFF ；中斷接收脈沖

MOVWF TMR0

BCF INTCON，2

RETFIE

結(jié)語

采用此設(shè)計的八細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，在驅(qū)動二相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)時運動平穩(wěn)，速度快，噪音低，控制精高，而且專用芯片細(xì)分?jǐn)?shù)可選。在外觀采用鋁鎂合金，散熱性好，價格低廉，可廣泛應(yīng)用于需要驅(qū)動電流小于1.5Ａ的混合式兩相或四相步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)中。

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