步进电机驱动模块

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1、一．方案论证方案一：由单片机编程产生并分配环形脉冲，由分散元件构成功率放大电路，信号经其放大后驱动步进电机。设计方框图如图J.1所示。MCU放大电路步进电机图J.1方案一该方案由单片机作为脉冲产生模块以及脉冲分配模块，经编程后从单片机输出已经分配的环形脉冲，经一些分散元件构成的放大电路放大后驱动步进电机。此方案结构简单易行，驱动电机所需要的控制信号直接由软件实现。由分散元件构成的放大电路实现简单，而且所需元件常见，价格便宜，节约成本。但是该设计在步进电机在低频工作时，振动大、噪声大。另外占用单片机资源较多，编程复杂，而且不能

2、实现对脉冲实现细分，达到对步进电机的精确控制。方案二：由单片机产生脉冲，经L298N芯片进行脉冲分配和功率放大后，将脉冲信号输入步进电机进行驱动。设计方案如图J.2所示。MCUL298N步进电机图J.2方案二L298N可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可直接通过电源来调节输出电压，直接用单片机的I/O口提供信号。但是其电路较为复杂，调试相对繁琐，最大只能1/4细分，低速运行震动噪音较大。方案三：由单片机产生脉冲，经TA8435H专用芯片进行脉冲分配和功率放大后，将脉冲信号输入步进电机进行驱动。设计方案如图J.3所

3、示。MCUTA8435H步进电机图J.3方案三使用细分方式，能很好的解决步进电机在低频工作时，振动大、噪声大的问题。步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步距角的细分。跟用L298N比较：调试简单，最大1/8细分，低速运行震动噪音小；而且简化了电路。通过综合比较为达到最佳驱动效果，选择TA8435H芯片驱动步进电机。二.理论分析与计算步进电机有两种工作方式：整步方式和半步方式。以步进角1．8°四相混合式步进电机为例，在整步方式下，步进电机每接

4、收一个脉冲，旋转1．8°，旋转一周，则需要2OO个脉冲。在半步方式下，步进电机每接收一个脉冲，旋转0．9°，旋转一周脉冲数:N=2π/0．9°=400旋转一周，则需要4OO个脉冲。控制步进电机旋转必须按一定时序对步进电机引线输入脉冲。以四相六线制电进电机为例，其半步工作方式和整步工作方式的控制时序如表1和表2所列。步进电机在低频工作时．会有振动大、噪声大的缺点。如果使用细分方式，就能很好的解决这个问题。步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步

5、进电机步距角的细分。一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小。步进电机半步工作方式就蕴涵了细分的工作原理。在图J.3中，第一个CK时钟周期时，解码器打开桥式驱动电路，电流从VMA流经电机的线圈后经RNFA后与地构成回路，由于线圈电感的作用，电流是逐渐增大的，所以RNFB上的电压也随之上升。当RNFB上的电压大于比较器正端的电压时，比较器使桥式驱动电路关闭，电机线圈上的电流开始衰减，RNFB上的电压也相应减小；当电压值小于比较器正向电压时，桥式驱动电路又重新

6、导通，如此循环，电流不断的上升和下降形成锯齿波，其波形如图3中IA波形的第1段。另外由于斩波器频率很高，一般在几十kHz，其频率大小与所选用电容有关。在OSC作用下．电流锯齿波纹是非常小的，可以近似认为输出电流是直流。在第2个时钟周期开始时，输出电流控制电路输出电压Ua达到第2阶段，比较器正向电压也相应为第2阶段的电压，因此，流经步进电机线圈的电流从第l阶段也升至第二阶段2。电流波形如图IA第2部分。第3时钟周期，第4时钟周期TA8435的工作原理与第1、2是一样的，只是又升高比较器正向电压而已，输出电流波形如图IA中第3、

7、4部分。如此最终形成阶梯电流，加在线圈B上的电流，如图3中IB。在CK一个时钟周期内，流经线圈A和线圈B的电流共同作用下，步进电机运转一个细分步。图J.3TA8435H细分原理3.硬件电路设计硬件电路如图J.4所示。图中引脚M1和M2决定电机的转动方式：M1＝0、M2＝0，电机按整步方式运转；M1＝1、M2＝0，电机按半步方式运转；M1＝0、M2＝1，电机按1/4细分方式运转；M1＝1、M2＝1，电机按1/8步细分方式运转，CW/CWW控制电机转动方向，CK1、CK2时钟输入的最大频率不能超过5KHz，控制时钟的频率，即可控

8、制电机转动速率。REFIN为高电平时，NFA和NFB的输出电压为0.8V，REFIN为低电平时，NFA和NFB输出电压为0.5V，这2个引脚控制步进电机输入电流，电流大小与NF端外接电阻关系式为：I0＝Vref/Rnf。图中，设REFIN＝1，选用步进电机额定电流为0.4A，则R1，R2选