图文结合了解步进电机驱动是怎么一回事？

随着电子技术的不断进步，步进电机驱动也被广泛应用于更多的领域。例如，医疗仪器设备、计算机外设、大量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域，特别适用于运行平稳、噪音低、响应快、使用寿命长、输出扭矩高的应用场合。让我们了解一下步进电机驱动是什么？

步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到脉冲信号时，驱动步进电机按设定方向旋转固定角度（称为步距角），其旋转以固定角度逐步运行。角位移可以通过控制脉冲数来控制，以实现准确定位的目的；电机旋转速度和加速度可以通过控制脉冲频率来控制，从而达到调速和定位的目的。

从工作原理、软件设计、驱动电路分析等方面进行分析：

1. 步进电机的工作原理

步进电机为一、四相步进电机，采用单极直流电源供电。步进电机的步进电机可以在适当的时间通电。图1是四相反应步进电机工作原理示意图。

图1

开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极与转子0、3齿对齐，转子1、4齿对齐C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，因为C1、4号齿与1、4号齿之间的磁线作用使转子旋转C相绕组的磁极对齐。0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿和A、D相绕组磁极

产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，转子沿A、B、C、D方向转动。

四相步进电机的不同，四相步进电机可分为三种工作模式：单四拍、双四拍和八拍。单四拍等于双四拍的步距角，但单四拍的旋转扭矩较小。八拍的步距角是单四拍和双四拍的一半。因此，八拍不仅可以保持较高的旋转扭矩，还可以提高控制精度。

单四拍、双四拍、八拍的电源通电时序和波形如图2所示.a、b、c所示：?]

图2.步进电机工作时波形图

图3

T89C2051年将控制脉冲P1口的P1.4～P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，9014放大后控制光电开关。光电隔离后，电源管TIP122放大脉冲信号的电压和电流，驱动步进电机的各相绕组。步进电机可以随着不同的脉冲信号进行正转、反转、加速、减速和停止。L一相绕组为步进电机。AT89C2051选用频率22MHz选择较高晶振的目的是在方法2下尽量减少晶振AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。

图3中的RL1～RL4为绕组内阻，50Ω电阻是一种外部电阻，起限流作用，也是改善电路时间常数的元件。D1～D4.电机绕组产生的反电动势是续流二极管（D1～D4)衰减保护了功率管TIP122不受损坏。

在50Ω外部电阻并联200μF电容器可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿，提高步进电机的高频性能。200年连接到续流二极管Ω电阻可以降低电路的放电时间常数，使绕组中电流脉冲的后缘陡峭，降低电流时间，提高高频工作性能。

2.软件设计

驱动器根据拨码开关KX、KY有三种工作方式可供选择：

方法1为中断方法：P3.5（INT1)步进脉冲输入端，P3.7为正反转脉冲输入端。（PC机器或单片机)与驱动器只有两条线连接。

方式2为串行通信方式：上位机（PC机器或单片机送给驱动器，驱动器根据控制命令自行完成相关控制过程。

方法3为拨码开关控制方法：通过K1～K步进电机由不同组合直接控制。

上电或按下复位键KR后，AT89C2051年首先检测拨码开关KX、KY状态，根据KX、KY 不同的组合，进入不同的工作方式。程序流程框图和源程序给出了以下方法1。

在编程过程中，应特别注意步进电机在换向过程中的处理。为了使步进电机在换向过程中平稳过渡，避免错步，应在每一步设置标志位。其中20H各单位为步进电机正转标志位；21H单元为反转标志位。正转时，不仅给正转标志位赋值，还给反转标志位赋值；反转时也是如此。这样，当步进电机换向时，上次的位置可以作为起点反向移动，避免了电机换向时的错步。

图4

3.步进电机细分驱动电路

为了控制步进电机的相电流，从而实现细分步进电机步距角的目的，人们设计了多种步进电机的细分驱动电路。随着微型计算机的发展，特别是单片计算机的出现，为步进电机的细分驱动带来了便利。目前，大多数步进电机的细分驱动电路由单片微机控制。单片机的步距角计算通过各相绕组的电流值，并输出到数模转换器（DPA） 中，由DPA 将数字量转换为相应的模拟电压，通过环分配器添加到各相功率放大器电路中，控制功率放大器电路通过相应的电流到各相绕组，实现步进电机的细分。单片机控制的步进电机细分驱动电路可分为放大型和开关型（见下图5）。

图5 步进电机细分驱动电路