專用芯片的步進(jìn)電機(jī)步距角i11分控制

摘要 自動(dòng)控制系統(tǒng)的綜合性能在很大程度上取決于步進(jìn)電機(jī)的精確度，細(xì)分技術(shù)可以顯著改善步進(jìn)電機(jī)的距角精度。利用細(xì)分算法控制AT89C51單片機(jī)輸出具有一定時(shí)序的方波控制信號(hào)，經(jīng)過TA8435芯片處理后輸出相應(yīng)的階梯波來實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制。本文重點(diǎn)就TA8435芯片的使用與控制進(jìn)行詳細(xì)介紹。
關(guān)鍵詞 步進(jìn)電機(jī) TA8435 AT89C51 步距角細(xì)分 步進(jìn)電機(jī)

引 言
步進(jìn)電機(jī)是控制執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線性位移的驅(qū)動(dòng)裝置，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度和脈沖頻率能嚴(yán)格同步，具有較高的重復(fù)定位精度，且沒有累積誤差。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是由驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)的，驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和成本低的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在振蕩、失步以及精度不夠的問題，從而制約了在高精確度自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，如雕刻機(jī)、打印機(jī)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、繪圖儀、鉆孑L機(jī)等。采用細(xì)分控制可以很好地提高精度，因此對(duì)基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)分系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究有著實(shí)際的意義。

1 原理與方案
1．1 細(xì)分原理
細(xì)分控制本質(zhì)上是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中的電流進(jìn)行控制，使內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場(chǎng)矢量的夾角大小決定了該步距角的大小。
細(xì)分就是將輸入脈沖從原來的電流方波細(xì)分成以若干個(gè)等幅、等寬上升和下降的電流階梯波。電流波形有多少個(gè)臺(tái)階，轉(zhuǎn)子就會(huì)以同樣的個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。
這種將1個(gè)步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動(dòng)方法稱為“細(xì)分驅(qū)動(dòng)”。
細(xì)分驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是，可以在不改變電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，使步距角減小、提高精度；同時(shí)能使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，提高勻速性，此外，還能減弱或消除振蕩。
1．2 細(xì)分方案
如采用DSP的軟件細(xì)分方式，具有編程的靈活性、細(xì)分的成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但單一的軟件細(xì)分在精度與速度兼顧上會(huì)有矛盾。細(xì)分的步數(shù)越多，精度越高，但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度卻會(huì)降低；要提高轉(zhuǎn)動(dòng)速度，細(xì)分的步數(shù)就得減少。
如采用FPGA的全數(shù)字化控制方式，工作過程為PwM的輸出經(jīng)過驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)的繞組電流。電機(jī)的繞組電流被采樣后變成電壓信號(hào)輸入到電流傳感器，傳感器輸出占空比變化的PWM波輸入到FPGA中，F(xiàn)PGA根據(jù)輸入的PWM波的占空比的值確定反饋電流的大??；但這種方式存在功耗高，成本高的缺點(diǎn)。
如采用脈沖調(diào)制單片機(jī)細(xì)分控制方式，單片機(jī)按控制要求輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)過TA8435集成芯片放大調(diào)制，形成的階梯波對(duì)電機(jī)進(jìn)行細(xì)分控制。由于單片機(jī)細(xì)分控制在精度與速度上不存在矛盾，兩者可以單獨(dú)運(yùn)行，而且單片機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)步距角的細(xì)分，提高步距角細(xì)分的精確性，所以單片機(jī)細(xì)分控制是比較理想的低成本細(xì)分方案。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為便于實(shí)驗(yàn)調(diào)試以及系統(tǒng)的設(shè)置與監(jiān)控，系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)、AT89CC51單片機(jī)、TA8435步進(jìn)電機(jī)細(xì)分芯片、LED顯示模塊、波形顯示模塊、按鍵等幾部分構(gòu)成，如圖1所示。從功能上又可分為方波與階梯波兩部分。

2．1 方波部分
AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS 8位單片機(jī)，具有8 KB可編程Flash存儲(chǔ)器，在外圍電路配合下輸出對(duì)應(yīng)的需要步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作的方波。脈沖的個(gè)數(shù)和頻率直接對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行控制，按鍵與顯示模塊可以方便地設(shè)置和監(jiān)控。