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步(bu)进(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)驱动(dong)电(dian)(dian)(dian)路设(she)(she)计(ji)解析步(bu)进(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)在控制系统中具(ju)有(you)普(pu)遍的应用。它能够把(ba)脉冲(chong)信号转换成角位(wei)移，并且可(ke)用作电(dian)(dian)(dian)磁制动(dong)轮、电(dian)(dian)(dian)磁差分(fen)器(qi)、或(huo)角位(wei)移发作器(qi)等。有(you)时从(cong)一些旧设(she)(she)备(bei)上(shang)拆下的步(bu)进(jin)电(dian)(dian)(dian)机(ji)（这种电(dian)(dian)(dian)机(ji)普(pu)通没有(you)损(sun)坏(huai)）要改作它用，普(pu)通需本(ben)人设(she)(she)计(ji)驱动(dong)器(qi)。

1. 步(bu)(bu)进(jin)(jin)(jin)电(dian)机(ji)(ji)的(de)工作(zuo)原理(li)该步(bu)(bu)进(jin)(jin)(jin)电(dian)机(ji)(ji)为一四相(xiang)步(bu)(bu)进(jin)(jin)(jin)电(dian)机(ji)(ji)，采(cai)用单极性直流电(dian)源供电(dian)。只需对步(bu)(bu)进(jin)(jin)(jin)电(dian)机(ji)(ji)的(de)各相(xiang)绕(rao)组按适宜的(de)时序通电(dian)，就能使步(bu)(bu)进(jin)(jin)(jin)电(dian)机(ji)(ji)步(bu)(bu)进(jin)(jin)(jin)转动。图1是该四相(xiang)反响(xiang)式步(bu)(bu)进(jin)(jin)(jin)电(dian)机(ji)(ji)工作(zuo)原理(li)表(biao)示图。

开(kai)端(duan)时(shi)，开(kai)关SB接(jie)通电(dian)源，SA、SC、SD断开(kai)，B相磁极和(he)转(zhuan)子(zi)0、3号(hao)齿对齐，同时(shi)，转(zhuan)子(zi)的1、4号(hao)齿就和(he)C、D相绕组磁极产生错(cuo)齿，2、5号(hao)齿就和(he)D、A相绕组磁极产生错(cuo)齿。

当开(kai)关(guan)SC接通电源(yuan)，SB、SA、SD断开(kai)时，由于C相绕(rao)组(zu)(zu)的(de)磁(ci)力(li)线和(he)1、4号(hao)齿(chi)之间磁(ci)力(li)线的(de)作用，使(shi)转子转动(dong)，1、4号(hao)齿(chi)和(he)C相绕(rao)组(zu)(zu)的(de)磁(ci)极对齐。而0、3号(hao)齿(chi)和(he)A、B相绕(rao)组(zu)(zu)产生错齿(chi)，2、5号(hao)齿(chi)就和(he)A、D相绕(rao)组(zu)(zu)磁(ci)极产生错齿(chi)。依次类推，A、B、C、D四相绕(rao)组轮番供电，则(ze)转(zhuan)子会沿着A、B、C、D方向(xiang)转(zhuan)动(dong)。

四相步(bu)进电机依(yi)照通(tong)电次(ci)第(di)的(de)(de)(de)(de)不同(tong)，可分为(wei)单(dan)四拍(pai)、双四拍(pai)、八拍(pai)三(san)种工作(zuo)方式。单(dan)四拍(pai)与(yu)双四拍(pai)的(de)(de)(de)(de)步(bu)距角(jiao)(jiao)相等，但单(dan)四拍(pai)的(de)(de)(de)(de)转动(dong)力(li)矩(ju)小。八拍(pai)工作(zuo)方式的(de)(de)(de)(de)步(bu)距角(jiao)(jiao)是单(dan)四拍(pai)与(yu)双四拍(pai)的(de)(de)(de)(de)一(yi)半，因而，八拍(pai)工作(zuo)方式既能够(gou)坚(jian)持较高的(de)(de)(de)(de)转动(dong)力(li)矩(ju)又能够(gou)进步(bu)控制精(jing)度。

单四(si)拍(pai)、双四(si)拍(pai)与八拍(pai)工作方式的电源通电时序与波形分别如图(tu)2.a、b、c所示：

AT89C2051将(jiang)控制(zhi)脉冲从P1口的(de)(de)P1.4～P1.7输出，经74LS14反(fan)相后(hou)进入9014，经9014放大后(hou)控制(zhi)光(guang)电开关，光(guang)电隔离后(hou)，由(you)功率管TIP122将(jiang)脉冲信号停止(zhi)电压和电放逐大，驱动步进电机的(de)(de)各相绕组(zu)。

使步(bu)进(jin)电机(ji)随着不同的(de)脉冲信(xin)号分别作正转、反转、加速(su)、减(jian)速(su)和中(zhong)止等动作。图中(zhong)L1为步(bu)进(jin)电机(ji)的(de)一相绕组(zu)。AT89C2051选用频率22MHz的(de)晶振，选用较高晶振的(de)目的(de)是(shi)为了(le)在(zai)方式2下尽量(liang)减(jian)小AT89C2051对上位机(ji)脉冲信(xin)号周期的(de)影响。

图3中的RL1～RL4为绕组内(nei)阻(zu)(zu)，50Ω电(dian)阻(zu)(zu)是一(yi)外接(jie)电(dian)阻(zu)(zu)，起限流作(zuo)用，也是一(yi)个改善回路时间(jian)常数(shu)的元件。D1～D4为续(xu)流二(er)极管(guan)，使电(dian)机绕组产生的反电(dian)动势经过续(xu)流二(er)极管(guan)（D1～D4）而(er)衰减(jian)掉，从(cong)而(er)维护(hu)了功率(lv)管(guan)TIP122不受损坏。

在(zai)50Ω外接电(dian)阻上并(bing)联一(yi)个200μF电(dian)容，能够改善注入步(bu)(bu)进(jin)电(dian)机(ji)绕组(zu)的(de)电(dian)流脉(mai)(mai)冲前沿(yan)，进(jin)步(bu)(bu)了步(bu)(bu)进(jin)电(dian)机(ji)的(de)高频性(xing)(xing)能。与续(xu)流二极管串(chuan)联的(de)200Ω电(dian)阻可减小回(hui)路的(de)放电(dian)时间常数(shu)，使(shi)绕组(zu)中(zhong)电(dian)流脉(mai)(mai)冲的(de)后沿(yan)变陡，电(dian)流降落时间变小，也起到进(jin)步(bu)(bu)高频工(gong)作(zuo)性(xing)(xing)能的(de)作(zuo)用。

2.软件设计

该驱动(dong)器(qi)依(yi)据(ju)拨码开关KX、KY的不同组(zu)合有三种(zhong)工作方式供选择：

方式1为(wei)(wei)(wei)中缀方式：P3.5（INT1）为(wei)(wei)(wei)步进脉(mai)冲输(shu)入(ru)端(duan)，P3.7为(wei)(wei)(wei)正反转脉(mai)冲输(shu)入(ru)端(duan)。上位机（PC机或单片机）与驱动(dong)器仅以2条线相连。

方(fang)式2为串行通讯方(fang)式：上(shang)位(wei)机（PC机或单(dan)片机）将控(kong)制命(ming)令发送给(ji)驱动器，驱动器依据控(kong)制命(ming)令自行完成有关(guan)控(kong)制过程(cheng)。

方(fang)式3为拨码开(kai)关控制(zhi)方(fang)式：经过K1～K5的不同组合，直接控制(zhi)步进电机(ji)。

当上电或按下复(fu)位键KR后，AT89C2051先检测拨码开(kai)关KX、KY的(de)(de)状态(tai)，依据KX、KY 的(de)(de)不同组合，进入不同的(de)(de)工作(zuo)方(fang)式(shi)。以下给出方(fang)式(shi)1的(de)(de)程序流程框(kuang)图与源程序。

在(zai)(zai)程序的(de)编制中，要特(te)别留意步(bu)(bu)进电机在(zai)(zai)换向(xiang)时的(de)处置。为(wei)使步(bu)(bu)进电机在(zai)(zai)换向(xiang)时能平滑(hua)过渡，不至于产生错步(bu)(bu)，应在(zai)(zai)每一步(bu)(bu)中设置标志(zhi)位。其(qi)中20H单元的(de)各(ge)位为(wei)步(bu)(bu)进电机正转标志(zhi)位;21H单元各(ge)位为(wei)反转标志(zhi)位。

在正转时，不只给(ji)正转标志位赋值(zhi)，也(ye)同(tong)时给(ji)反(fan)(fan)转标志位赋值(zhi);在反(fan)(fan)转时也(ye)如此(ci)。这样，当步进电机换向时，就能够(gou)上(shang)一(yi)次(ci)的位置作(zuo)为起点反(fan)(fan)向运动(dong)，防止了电机换向时产生错(cuo)步。

3.步(bu)进电(dian)机细分驱动电(dian)路

为了对步进(jin)电机的(de)相(xiang)电流停止控制(zhi)，从而到达细(xi)分步进(jin)电机步距角的(de)目(mu)的(de)，人们曾设计了很多种(zhong)步进(jin)电机的(de)细(xi)分驱动电路。随着微型计算机的(de)开(kai)展，特别(bie)是单片计算机的(de)呈(cheng)现，为步进(jin)电机的(de)细(xi)分驱动带来了便利。

目前，步(bu)进(jin)电(dian)(dian)机(ji)细分(fen)驱动(dong)电(dian)(dian)路(lu)大多(duo)数都采用单片微(wei)机(ji)控制(zhi)。单片机(ji)依(yi)据请(qing)求的(de)步(bu)距角计算出各(ge)(ge)相(xiang)(xiang)绕组中经过(guo)的(de)电(dian)(dian)流值，并输(shu)出到数模转换(huan)器（DPA） 中，由(you)DPA 把(ba)数字量(liang)转换(huan)为相(xiang)(xiang)应的(de)模仿电(dian)(dian)压，经过(guo)环(huan)形分(fen)配器加到各(ge)(ge)相(xiang)(xiang)的(de)功放(fang)电(dian)(dian)路(lu)上，控制(zhi)功放(fang)电(dian)(dian)路(lu)给各(ge)(ge)相(xiang)(xiang)绕组通以相(xiang)(xiang)应的(de)电(dian)(dian)流，来完(wan)成步(bu)进(jin)电(dian)(dian)机(ji)的(de)细分(fen)。

单片机控制的步进(jin)电机细分(fen)驱动电路依据(ju)末级(ji)功放(fang)(fang)管的工作状态可分(fen)为(wei)放(fang)(fang)大(da)型(xing)和开关(guan)型(xing)两种（见下(xia)图5）。

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