1 引言

步進電動機是將電脈沖激勵信號轉(zhuǎn)換成相應的角位移或線位移的離散值控制電動機，這種電動機每當輸入一個電脈沖就動一步，所以又稱脈沖電動機。步進電動機把電脈沖信號變換成角位移以控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的微特電機。在自動控制裝置中作為執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖信號，步進電動機前進一步，故又稱脈沖電動機。步進電動機多用于數(shù)字式計算機的外部設備，以及打印機、繪圖機和磁盤等裝置。 在數(shù)字控制系統(tǒng)中具有精度高，運行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現(xiàn)閉環(huán)控制。步進電動機已廣泛地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機床、計算機外圍設備、自動記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動化生產(chǎn)線、印刷設備等中亦有應用。

2 工作原理

由于步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專用設備-步進電機控制驅(qū)動器典型步進電機控制系統(tǒng)如圖1所示：控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾十千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進電機驅(qū)動電源的各項輸人端，以驅(qū)動步進電機的轉(zhuǎn)動。環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計算機軟件設計的方法實現(xiàn)環(huán)分器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器。另一類是用硬件構成的環(huán)形分配器，通常稱為硬環(huán)形分配器。

圖1 典型步進電機控制框圖

3 硬件組成

文中所控制的步進電機是四相單極式35BY48HJ120減速步進電動機。本文所設計的步進電機控制驅(qū)動器的框圖如圖2所示。片內(nèi)置8K字節(jié)可重復擦寫的Flash閃速存儲器。256字節(jié)RAM。3個16位定時器?？删幊檀蠻ART通道。

圖2 本文提出的步進電機控制驅(qū)動器框圖

L297是意大利SGS半導體公司生產(chǎn)的步進電機專用控制器，它能產(chǎn)生4相控制信號，可用于計算機控制的兩相雙極和四相單相步進電機，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進電機。它們所組成的微處理器至雙橋式步進電動機的接口如圖3所示。這種方式結合的優(yōu)點是，需要的元件很少，可靠性高和占空間少，并且通過軟件開發(fā)，可以簡化和減輕微型計算機的負擔。

L297芯片是一種硬件環(huán)分集成芯片。芯片內(nèi)的PWM斬波器電路可開關模式下調(diào)節(jié)步進電機繞組中的電機繞組中的電流。該集成電路采用了SGS公司的模擬/數(shù)字兼容的I2L技術，使用5V的電源電壓，全部信號的連接都與TFL/CMOS或集電極開路的晶體管兼容。它可產(chǎn)生四相驅(qū)動信號，用于計算機控制的兩相雙極或四相單極步進電機，這一部分是由兩種輸入模式控制，方向控制（CW/CCW） 和HALF/FULL 以及步進式時鐘CLOCK.它將譯碼器從一階梯推進至另一階梯。譯碼器有四個輸出點連接到輸出邏輯部分，因此L297能產(chǎn)生三種相序信號，對應于三種不同的工作方式：即半步方式（HALF STEP）；基本步距（FULL STEP，整步）一相激勵方式；基本步距兩相激勵方式。脈沖分配器內(nèi)部是一個3bit可逆計數(shù)器，加上一些組合邏輯。產(chǎn)生每周期8步格雷碼時序信號，這也就是半步工作方式的時序信號。