專(zhuān)用芯片的步進(jìn)電機步距角i11分控制

摘要 自動(dòng)控制系統的綜合性能在很大程度上取決于步進(jìn)電機的精確度，細分技術(shù)可以顯著(zhù)改善步進(jìn)電機的距角精度。利用細分算法控制AT89C51單片機輸出具有一定時(shí)序的方波控制信號，經(jīng)過(guò)TA8435芯片處理后輸出相應的階梯波來(lái)實(shí)現對步進(jìn)電機的細分控制。本文重點(diǎn)就TA8435芯片的使用與控制進(jìn)行詳細介紹。
關(guān)鍵詞 步進(jìn)電機 TA8435 AT89C51 步距角細分 步進(jìn)電機

引 言
步進(jìn)電機是控制執行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種自動(dòng)化控制系統和精密機械等領(lǐng)域。步進(jìn)電機將電脈沖信號轉換成相應角位移或線(xiàn)性位移的驅動(dòng)裝置，其轉動(dòng)速度和脈沖頻率能?chē)栏裢?，具有較高的重復定位精度，且沒(méi)有累積誤差。步進(jìn)電機的驅動(dòng)是由驅動(dòng)電路實(shí)現的，驅動(dòng)電路和步進(jìn)電機構成一個(gè)有機整體。
步進(jìn)電動(dòng)機具有結構簡(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(wèn)題，從而制約了在高精確度自動(dòng)控制系統中的應用，如雕刻機、打印機、硬盤(pán)驅動(dòng)器、繪圖儀、鉆孑L機等。采用細分控制可以很好地提高精度，因此對基于單片機控制的步進(jìn)電機步距角細分系統進(jìn)行設計與研究有著(zhù)實(shí)際的意義。

1 原理與方案
1．1 細分原理
細分控制本質(zhì)上是對步進(jìn)電機的勵磁繞組中的電流進(jìn)行控制，使內部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉磁場(chǎng)。合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機旋轉力矩的大小，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。
細分就是將輸入脈沖從原來(lái)的電流方波細分成以若干個(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)臺階，轉子就會(huì )以同樣的個(gè)數轉過(guò)一個(gè)步距角。
這種將1個(gè)步距角細分成若干步的驅動(dòng)方法稱(chēng)為“細分驅動(dòng)”。
細分驅動(dòng)的特點(diǎn)是，可以在不改變電機結構參數的情況下，使步距角減小、提高精度；同時(shí)能使步進(jìn)電機運行平穩，提高勻速性，此外，還能減弱或消除振蕩。
1．2 細分方案
如采用DSP的軟件細分方式，具有編程的靈活性、細分的成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但單一的軟件細分在精度與速度兼顧上會(huì )有矛盾。細分的步數越多，精度越高，但步進(jìn)電機的轉動(dòng)速度卻會(huì )降低；要提高轉動(dòng)速度，細分的步數就得減少。
如采用FPGA的全數字化控制方式，工作過(guò)程為PwM的輸出經(jīng)過(guò)驅動(dòng)模塊控制電機的繞組電流。電機的繞組電流被采樣后變成電壓信號輸入到電流傳感器，傳感器輸出占空比變化的PWM波輸入到FPGA中，FPGA根據輸入的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)。
如采用脈沖調制單片機細分控制方式，單片機按控制要求輸出驅動(dòng)脈沖，經(jīng)過(guò)TA8435集成芯片放大調制，形成的階梯波對電機進(jìn)行細分控制。由于單片機細分控制在精度與速度上不存在矛盾，兩者可以單獨運行，而且單片機成本低，結構簡(jiǎn)單，可以實(shí)現步距角的細分，提高步距角細分的精確性，所以單片機細分控制是比較理想的低成本細分方案。

2 系統設計
為便于實(shí)驗調試以及系統的設置與監控，系統主要由步進(jìn)電機、AT89CC51單片機、TA8435步進(jìn)電機細分芯片、LED顯示模塊、波形顯示模塊、按鍵等幾部分構成，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，具有8 KB可編程Flash存儲器，在外圍電路配合下輸出對應的需要步進(jìn)電機動(dòng)作的方波。脈沖的個(gè)數和頻率直接對旋轉角度和轉動(dòng)速度進(jìn)行控制，按鍵與顯示模塊可以方便地設置和監控。