單片機對儀表步進電機的細分控制

　　儀表步進電機

　　步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機某相線圈加一脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變得非常簡單。雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不像普通的直流電機、交流電機那樣在常規(guī)下使用。它必須在雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)下使用。

　　儀表步進電機屬于步進電機中體積、功耗較小的類別，可以由單片機或?qū)Ｓ眯酒囊_直接驅(qū)動，不需外接驅(qū)動器，因而在儀表中被用于指針的旋轉(zhuǎn)控制。

　　需求分析

　　本方案中使用的儀表具有如下特點和設(shè)計參數(shù)：

　　●指針響應(yīng)靈敏、走位準(zhǔn)確，即收到驅(qū)動脈沖后不能丟步;

　　●指針轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，即指針從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置之間的走位要平穩(wěn)，正、反轉(zhuǎn)都不能出現(xiàn)抖動;

　　●兩相、步距角10o、轉(zhuǎn)動范圍300o。

　　根據(jù)技術(shù)參數(shù)可知，采用兩相四拍和兩相八拍時的步距角為10o和5o，在300o的范圍內(nèi)只能作30和60個刻度劃分，在實際應(yīng)用中，會發(fā)現(xiàn)指針步距角不能滿足要求而且抖動不可避免。為了實現(xiàn)指針高精度的準(zhǔn)確走位和平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，要對步進電機步距進行高分辨率細分，這也是設(shè)計的難點所在。

　　步進電機的細分技術(shù)是一種電子阻尼技術(shù)，其主要目的是提高電機的運轉(zhuǎn)精度，實現(xiàn)步進電機步距角的高精度細分。其基本概念為：步進電機通過細分驅(qū)動器的驅(qū)動，其步距角變小了。如驅(qū)動器工作在10細分狀態(tài)時，其步距角只為電機固有步距角的十分之一。以兩相四拍為例：當(dāng)電機工作在不細分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電機轉(zhuǎn)動10o;而用細分驅(qū)動器工作在10細分狀態(tài)時，電機只轉(zhuǎn)動了1o。細分功能完全是由驅(qū)動器或單片機靠精確控制電機的相電流所實現(xiàn)的，與電機本身無關(guān)。

　　細分原理

　　兩相四拍A、B、/A、/B的驅(qū)動狀態(tài)表如表1所示。

　　兩相八拍A、B、/A、/B的驅(qū)動狀態(tài)表如表2所示。