專用芯片的步進電機步距角i11分控制

摘要 自動控制系統(tǒng)的綜合性能在很大程度上取決于步進電機的精確度，細分技術可以顯著改善步進電機的距角精度。利用細分算法控制AT89C51單片機輸出具有一定時序的方波控制信號，經(jīng)過TA8435芯片處理后輸出相應的階梯波來實現(xiàn)對步進電機的細分控制。本文重點就TA8435芯片的使用與控制進行詳細介紹。
關鍵詞 步進電機 TA8435 AT89C51 步距角細分 步進電機

引 言
步進電機是控制執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機械等領域。步進電機將電脈沖信號轉換成相應角位移或線性位移的驅動裝置，其轉動速度和脈沖頻率能嚴格同步，具有較高的重復定位精度，且沒有累積誤差。步進電機的驅動是由驅動電路實現(xiàn)的，驅動電路和步進電機構成一個有機整體。
步進電動機具有結構簡單、可靠性高和成本低的優(yōu)點，但同時也存在振蕩、失步以及精度不夠的問題，從而制約了在高精確度自動控制系統(tǒng)中的應用，如雕刻機、打印機、硬盤驅動器、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電機步距角細分系統(tǒng)進行設計與研究有著實際的意義。

1 原理與方案
1．1 細分原理
細分控制本質上是對步進電機的勵磁繞組中的電流進行控制，使內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉磁場。合成磁場矢量的幅值決定了步進電機旋轉力矩的大小，相鄰兩合成磁場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的電流方波細分成以若干個等幅、等寬上升和下降的電流階梯波。電流波形有多少個臺階，轉子就會以同樣的個數(shù)轉過一個步距角。
這種將1個步距角細分成若干步的驅動方法稱為“細分驅動”。
細分驅動的特點是，可以在不改變電機結構參數(shù)的情況下，使步距角減小、提高精度；同時能使步進電機運行平穩(wěn)，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，但單一的軟件細分在精度與速度兼顧上會有矛盾。細分的步數(shù)越多，精度越高，但步進電機的轉動速度卻會降低；要提高轉動速度，細分的步數(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)過驅動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，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小；但這種方式存在功耗高，成本高的缺點。
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脈沖，經(jīng)過TA8435集成芯片放大調制，形成的階梯波對電機進行細分控制。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，結構簡單，可以實現(xiàn)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(tǒng)設計
為便于實驗調試以及系統(tǒng)的設置與監(jiān)控，系統(tǒng)主要由步進電機、AT89CC51單片機、TA8435步進電機細分芯片、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電機動作的方波。脈沖的個數(shù)和頻率直接對旋轉角度和轉動速度進行控制，按鍵與顯示模塊可以方便地設置和監(jiān)控。