随着工业和家电领域、玩具马达及机器人市场的需求持续稳定成长，步进电机驱动控制芯片得到越来越广泛的应用。步进电机驱动芯片是集成有CMOS 控制电路和DMOS 功率器件的芯片，利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。可以用来驱动直流电机、步进电机和继电器等感性负载。
步进电机驱动分电压型和电流型两种,那它们之间有什么区别呢?如何判断驱动芯片是电压型的还是电流型的?
1、电压型
直流电路采用电容器滤波。在波峰(电压较高)时，由电容器储存电场能，在波谷(电压较低)时，电容器将释放电场能来进行补充，从而使直流电压保持平稳。直流电路是一个电压源，故称为电压型。
2、电流型
直流电路采用电抗器滤波。在波峰(电流较大)时，由电抗器储存磁场能，在波谷(电流较小)时，电抗器将释放磁场能来进行补充，从而使直流电流保持平稳。直流电路是一个电流源，故称为电流型。
步电机系统解决方案
由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。
如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器;如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。
深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。根据客户配套需要，我们还可以提供其他种类及其他品牌微电机产品的配套服务。也提供NPM的线性磁轴电机(直线电机)及技术支持和服务。
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南京工程学院 自动化学院 大作业（论文） 题目：基于FPGA的步进电机细分驱动 控制设计 专业：测控技术与仪器 班级：学号： 学生姓名： 任课教师：郭婧 成绩：
基于FPGA的步进电机细分驱动控制设计 一、基本要求： 在理解步进电机的工作原理以及细分原理的基础上，利用FPGA实现四相步进电机的8细分驱动控制。 二、评分标准： 1、设计方案介绍（共15分） 要求：详细叙述利用FPGA实现对四相步进电机进行8细分控制的设计方案。 评分标准： 13-15分：方案叙述详细，正确； 10-12分：方案叙述较详细，基本正确； 9分以下：酌情给分 0分：抄袭别人 2、VHDL设计部分（60分） 要求：给出详细的VHDL设计过程，提供详细的程序代码，如果设计中用到LPM模块，则给出生成LPM模块的每一步操作流程的截图，并加以文字描述。 评分标准： 54-60分：代码详细，截图完整，书写规范， 48-53分：代码较详细，截图较完整，书写较规范； 47以下：酌情给分 0分：抄袭别人 3、模拟调试部分（20分） 要求：给出详细的仿真过程，对软件编译、仿真分析、仿真波形进行截图。并给出8细分情况下的仿真测试结果，给出详细的实验结果分析。 评分标准： 18-20分：调试过程详细，正确，截图完整； 15-17分：调试过程较详细，基本正确，有截图； 14分以下：酌情给分 0分：抄袭别人
4、提高部分（5分） 要求：利用FPGA实验箱上的步进电机，实现细分控制。 评分标准：根据完成的程度给分。 0分：抄袭别人
参考：实验十八 FPGA步进电机细分驱动控制设计 示例程序和实验指导课件位置：\EDA_BOOK3_FOR_C35\chpt3\EXP18_MOTO\工程：step_a 一、实验目的 学习用FPGA实现步进电机的驱动和细分控制。 二、实验设备 PC机一台 GW48-PK4试验系统一台 连接线若干 三、实验内容 1、建立工程。完成以图18-1为原理图的工程设计，并保存工程名为step_a。 2、编译仿真。对以上工程进行编译，成功后进行方针测试。 3、引脚锁定。引脚锁定参考图18-2. 图18-1 步进电机PWM细分控制控制电路图 图18-2 引脚锁定图 4、下载测试 参考\EDA_BOOK3_FOR_C35\Chpt3\ALl.PPT\实验17.PPT 选择模式5，短路冒接clock0.根据第一章注释分别“38“和”42“或”“7”连接（见GW48主
步进电机及其驱动系统简介中英文翻译Step characteristics for machine for angular displacement for entering the electrical engineering is first kind will give or get an electric shocking the pulse signal conversion cowgirl or line potential moving battery carry outing a piece, having the fast stopping, accurate step entering and directly accepting the arithmetic figure measuring, because of but got the extensive application.Such as in the drafting machine, print the machine and optical instrument inside, and all adopt the inside of a place control system for entering the electrical engineering to positioning to paint the pen print head or optical prinipal, especially indrstry process the type control, and move to spread to feel the to can immediately attain the precision fixed position because of its precision and need not potential, and control the technique along with the calculator of continuously deveolp, applied to would be more and more extensive. Control and can is divided into the simple control sum the complicacy to control to motor two kind.The simple control points to proceeds to start to motor, the system move, positive and negative revolution and sequential https://www.doczj.com/doc/0e9071692.html,plicacy the control point to the motor's revolving speed, screw angle, turning moment, tension, electric current etc. physics quantisty progress control.Control technique that the
随着工业和家电领域、玩具马达及机器人市场的需求持续稳定成长，步进电机驱动控制芯片得到越来越广泛的应用。步进电机驱动芯片是集成有CMOS 控制电路和DMOS 功率器件的芯片，利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。可以用来驱动直流电机、步进电机和继电器等感性负载。 步进电机驱动分电压型和电流型两种,那它们之间有什么区别呢?如何判断驱动芯片是电压型的还是电流型的? 1、电压型 直流电路采用电容器滤波。在波峰(电压较高)时，由电容器储存电场能，在波谷(电压较低)时，电容器将释放电场能来进行补充，从而使直流电压保持平稳。直流电路是一个电压源，故称为电压型。 2、电流型 直流电路采用电抗器滤波。在波峰(电流较大)时，由电抗器储存磁场能，在波谷(电流较小)时，电抗器将释放磁场能来进行补充，从而使直流电流保持平稳。直流电路是一个电流源，故称为电流型。 步电机系统解决方案
由于负载一般都是感性的，它和电源之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。 如果采用大电容器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器;如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。根据客户配套需要，我们还可以提供其他种类及其他品牌微电机产品的配套服务。也提供NPM的线性磁轴电机(直线电机)及技术支持和服务。 步电机系统解决方案
步进电机驱动方式（细分）概述 众所周知，步进电机的驱动方式有整步，半步，细分驱动。三者即有区别又有联系，目前，市面上很多驱动器支持细分驱动方式。本文主要描述这三种驱动的概述。 如下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。 既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。下图是两相步进电机的电流合成示意图。其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。 有了以上的步进电机背景描述后，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆(360°)分割的粗细程序不同。 整步驱动 对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6°。
下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图： 由上图可知，整步驱动每一时刻只有一个相通电，所以这种驱动方式的驱动电路可以是很简单，程序代码也是相对容易实现，且由上图可以得到电机整步驱动相序如下： BB’→A’A→B’B→A A’→B B’ 下图是这种驱动方式的电流矢量分割图： 可见，整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份。 下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图： 可以看出，整步驱动描出的正弦波是粗糙的。使用这种方式驱动步进电机，低速时电机会抖动，噪声会比较大。但是，这种驱动方式无论在硬件或软件上都是相对简单，从而驱
步进电机作为电磁机械装置，其进给的分辨率取决于细分驱动技术。采用软件细分驱动方式，由于编程的灵活性、通用性，使得步进细分驱动的成本低、效率高，要修改方案也易办到。同时，还可解决步进电机在低速时易出现的低频振动和运行中的噪声等。但单一的软件细分驱动在精度与速度兼顾上会有矛盾，细分的步数越多，精度越高，但步进电机的转动速度却降低;要提高转动速度，细分的步数就得减少。为此，设计了多级细分驱动系统，通过不同的细分档位设定，实现不同步数的细分，同时保证了不同的转动速度。 1 细分驱动原理 步进电机控制中已蕴含了细分的机理。如三相步进电机按A→B→C……的顺序轮流通电，步进电机为整步工作。而按A→AC→C→CB→B→BA→A……的顺序通电，则步进电机为半步工作。以A→B为例，若将各相电流看作是向量，则从整步到半步的变换，就是在IA与IB之间插入过渡向量IAB，因为电流向量的合成方向决定了步进电机合成磁势的方向，而合成磁势的转动角度本身就是步进电机的步进角度。显然，IAB的插入改变了合成磁势的转动大小，使得步进电机的步进角度由θb 变为0.5θb，从而也就实现了2步细分。由此可见，步进电机的细分原理就是通过等角度有规律的插入电流合成向量，从而减小合成磁势转动角度，达到步进电机细分控制的目的。 在三相步进电机的A相与B相之间插入合成向量AB，则实现了2步细分。要再实现4步细分，只需在A与AB之间插入3个向量I1、I2、I3，使得合成磁势的转动角度θ1=θ2=θ3=θ4，就实现了4步细分。但4步细分与2步细分是不同的，由于I1、I2、I33个向量的插入是对电流向量IB的分解，故控制脉冲已变成了阶梯波。细分程度越高，阶梯波越复杂。 在三相步进电机整步工作时，实现2步细分合成磁势转动过程为 IA→IAB→IB;实现4步细分转动过程为IA→I2→IAB……;而实现8步细分则转
https://www.doczj.com/doc/0e9071692.html,/gykz/2010/0310/article_2772.html 引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；其次，通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到涮速的目的。目前，步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，在机电一体化产品中应用广泛，常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有l297和l298组合应用、3977、8435等，这些芯片一般单相驱动电流在2 a左右，无法驱动更大功率电机，限制了其应用范围。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片tb6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案 1步进电机驱动电路设计 1.1 tb6560简介 tb6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有：内部集成双全桥mosfet驱动；最高耐压40 v，单相输出最大电流3.5 a(峰值)；具有整步、1／2、1／8、1／16细分方式；内置温度保护芯片，温度大于150℃时自动断开所有输出；具有过流保护；采用hzip25封装。tb6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路：控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。 1.2步进电机控制信号隔离电路 步进电机控制信号隔离电路如图1所示，步进电机控制信号有3个(clk、cw、enable)，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个：首先，防止电机干扰和损坏接口板电路；其次，对控制信号进行整形。对clk、cw信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本设计中选择2片6n137高速光耦隔离clk、cw，其信号传输速率可达到10 mhz，1片tlp521普通光耦隔离enable信号。应用时注意：光耦的同向和反向输出接法；光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源，否则不能起到隔离干扰的作用。
步进电机驱动器及细分控制原理 步进电机驱动器原理： 步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电。 以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电的顺序为AA BB A A B B ，其四个状态周而复始 进行变化，电机顺时针转动；若方向信号变为负时，通电时序就变为 AA B B A A BB ，电机就逆时针转动。 随着电子技术的发展，功率放大电路由单电压电路、高低压电路发展到现在的斩波电路。其基本原理是：在电机绕组回路中，串联一个电流检测回路，当绕组电流降低到某一下限值时，电流检测回路发出信号，控制高压开关管导通，让高压再次作用在绕组上，使绕组电流重新上升；当电流回升到上限值时，高压电源又自动断开。重复上述过程，使绕组电流的平均值恒定，电流波形的波顶维持在预定数值上，解决了高低压电路在低频段工作时电流下凹的问题，使电机在低频段力矩增大。 步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响较大，电压越高，步进电机转速越高、加速度越大；在驱动器上一般设有相电流调节开关，相电流设的越大，步进电机转速越高、力距越大。 细分控制原理： 在步进电机步距角不能满足使用要求时，可采用细分驱动器来驱动步进电机。细分驱动器的原理是通过改变A，B相电流的大小，以改变合成磁场的夹角，从而可将一个步距角细分为多步。
定子 A 转子 S N B B B S N A A (a)(b) A S N B B N S B S N A (c)(d) 图3.2步进电机细分原理 图 仍以二相步进电机为例，当A、B相绕组同时通电时，转子将停在A、B相磁极中间，如图3.2。 若通电方向顺序按AA AA BB BB BB AA AA AA BB BB BB AA,8个状态周而 复 始进行变化，电机顺时针转动；电机每转动一步，为45度，8个脉冲电机转一周。与图2.1相比，它的步距角小了一半。 驱动器一般都具有细分功能，常见的细分倍数有：1/2，1/4，1/8，1/16，1/32，1/64；或：1/5，1/10，1/20。 细分后步进电机步距角按下列方法计算：步距角=电机固有步距角/细分数 例如：一台1.8°电机设定为4细分，其步距角为 1.8°/4=0.45°。当细分 等级大于1/4后，电机的定位精度并不能提高，只是电机转动更平稳。
第三节步进电动机及其驱动 一、步进电机的特点与种类 1.步进电机的特点 步进电机又称脉冲电机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。每当输入一个电脉冲时，转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向。 步进电动机具有以下特点： ?工作状态不易受各种干扰因素(如电压波动、电流大小与波形变化、温度等)的影响； ?步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零” ； ?由于可以直接用数字信号控制，与微机接口比较容易； ?控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”； ?不需要传感器进行反馈，可以进行开环控制； ?缺点是能量效率较低。 就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为以下三种： （1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance),也叫反应式步进电动机 （2）永磁(PM-Permanent Magnet)型 （3）混合(HB-Hybrid)型 （1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance) 结构原理：该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机。其结构原理如图3.5定子1 上嵌有线圈，转子2朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁阻型。
图3.6 可变式阻步进电机 可变磁阻步进电机的特点： 反应式电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力； 需要将气隙作得尽可能小，例如几个微米； 结构简单，运行频率高，可产生中等转矩，步距角小（0.09~9°） 制造材料费用低； 有些数控机床及工业机器人上使用。 （3）混合(HB-Hybrid)型 结构原理 这类电机是PM式和VR式的复合形式。其定子与VR类似，表面制有小齿，转子由永磁铁和铁心构成，同样切有小齿，为了减小步距角可以在结构上增加转子和定子的齿数。其结构如图3.7所示。 混合式步进电机特点: HB兼有PM和VR式步进电机的特点： 步距角可以做得较小(0.9~3.6°)； 无励磁时具有保持力； 可以产生较大转矩，应用较广。
THB6064H大功率、高细分两相混合式 步进电机芯片式驱动器
一． 特性： ● 双全桥MOSFET驱动，低导通电阻导通Ron = 0.4 Ω (上桥+下桥) ,大电流4.5V（峰值） ● 高耐压50V DC ● 多细分可选(1/2,1/8,1/10, 1/16, 1/20, 1/32, 1/40, 1/64） ● 自动半流锁定 ● 衰减方式连续可调 ● 内置温度保护及过流保护 重量：9.86 g (typ.) 二． 框图
三． 管脚说明：
管脚 编号 输入/ 输出 符号 功 能 描 述 1 输出 ALERT 温度波爱护及过流保护输出端（常态为1，过流保护时为0） 2 —— SGND 信号地外部与电源地相连 3 —— OSC1B B相斩波频率控制端 4 输入 PFD 衰减方式控制端 5 输入 V ref 电流设定端（0——3V） 6 输入 VMB 电机驱动电源 B相电源 与A相电源相连 7 输入 M1 细分数选择端（详见附表） 8 输入 M2 细分数选择端（详见附表） 9 输入 M3 细分数选择端（详见附表） 10 输出 OUT2B B相功率桥输出端2 11 —— NFB B相电流检测端 应连接大功率检测电阻，典型值0.15Ω 12 输出 OUT1B B相功率桥输出端1 13 —— PGNDB B相驱动电源地与A相电源地及信号地相连 14 输出 OUT2A A相功率桥输出端2 15 —— NFA A相电流检测端 应连接大功率检测电阻，典型值0.15Ω 16 输出 OUT1A A相功率桥输出端1 17 —— PGNDA A相驱动电源地与B相电源地及信号地相连 18 输入 ENABLE 使能端ENABLE=0所有输出为0，ENABLE=1正常工作 19 输入 RESET 上电复位端 20 输入 VMA 电机驱动电源A相电源 与B相电源相连 21 输入 CLK 脉冲输入端 22 输入 CW/CCW 电机正反转控制端 23 —— OSC1A A相斩波频率控制端 24 输入 V DD 5V电源 芯片工作电源要求稳定 25 输出 Down 半流锁定控制端 四． 电气参数： 最高额定值Absolute Maximum Ratings(Ta =25℃)
姓名___ _ _ _ 学号201016050136 院系电气信息工程学院 专业电子信息工程 班级___信息10-1______ __
目录 目录 (2) 摘要 (3) 关键词 (3) Abstract (3) Keywords (3) 一、引言 (4) 二、步进电机细分驱动的基本原理 (4) 三、Quartus II概述 (5) 四、课题设计 (5) （一）总体设计 (5) （二）细分电流的实现 (6) （三）细分驱动性能的改善 (6) （四）程序设计 (6) 六、仿真与测试结果分析 (10) 七、结论 (12) 参考文献 (12) 注释 (13) 附录 (14) 心得体会 (20)
摘要 在对步进电机细分驱动原理进行分析研究的基础上，提出一种基于FPGA 控制的步进电机细分驱动器。利用FPGA中的嵌入式EAB构成LPM-ROM，存放步进电机各相细分电流所需的PWM控制波形数据表，并通过FPGA设计的数字比较器，同时产生多路PWM电流波形，实现对步进电机转角进行均匀细分控制。实验证明，所研制的步进电机驱动器不仅体积小，简化了系统的设计，减少了延迟，改善了低频特性，有良好的适应性和自保护能力，提高了驱动器的稳定性和可靠性。 关键词 步进电机；细分驱动；脉宽调制；FPGA Abstract In this paper, a divided driving circuit for stepping motor controlled by FPGA is put forward, based on the analysis of the principle of stepping motor divided driving. Using embedded EAB in FPGA to compose LPM-ROM, store PWM control wave form data which stepping motor each phase subdivided driving current is needed．The magnitude comparator designed with FPGA generates several PWM current waveform synchronously, to realize the step angles even division control for three–phase stepping motor.Experimments have proved that the developed subdivision driver is not only smaller,sampler in system, can shorten the delay time,improve the stability in low frequency ,but has good self-adaptation and self-protection ability,and its stability and relibility are higher. Keywords stepping motor; divided driving；PWM; FPGA
1 引言 随着微步进电机应用的日益广泛，其驱动电路的发展也相当迅速，各类控制芯片的功能越来越丰富，操作也越来越简便。A3977是一种新近开发出来、专门用于双极型步进电机的微步进电机驱动集成电路，其内部集成了步进和直接译码接口、正反转控制电路、双H桥驱动，电流输出2．5A，最大输出功率可接近90W。它主要的设计功能包括：自动混合模式电流衰减控制，PWM电流控制，同步整流，低输出阻抗的DMOS电源输出，全、半、1／4及1／8步进操作，HOME输出，休眠模式以及易实现的步进和方向接口等。其应用电路结构简单、使用及控制方便，有着极其广泛的应用价值。 2 A3977工作特点 大多数微步进电机驱动器都需要一些额外的控制线，通过D／A转换器为PWM电流调节器设置参考值以及通过相输入完成电流极性控制等。许多改进型驱动器仍然需要一些输入来调整PWM电流控制模式使其工作在慢、快或混合衰减模式。这就需要系统的微处理器额外负担8～12个需依靠D／A变换处理的输入端。如果一个系统需要如此多的控制输入，而且其微处理器还要存储实现其控制的时序表，这就增加了系统的成本和复杂程度。 A3977可以通过其特有的译码器来使这些功能实现简单化，如图1所示，其最简单的步进输入只需“STEP”（步进）和“DIR”（方向）2条输入线，输出由DMOS的双H桥完成。通过“STEP”脚简单的输入1个脉冲就可以使电机完成1次步进，省去了相序表，高频控制线及复杂的编程接口。这使其更适于应用在没有复杂的微处理器或微处理器负担过重的场合。同时A3977的内部电路可以自动地控制其PWM操作工作在快、慢及混合衰减模式。这不但降低了电机工作时产生的噪声，也同时省去了一些额外的控制线。 另外，其内部低输出阻抗的N沟道功率DMOS输出结构，可以使其输出达到2．5A，35V。这一结构的另一优点是，使它能完成同步整流功能。由于有同步整流流功能，既降低了系统的功耗，又可以在应用时省 去外加的肖特基二极管。 A3977的休眠功能可以使系统不工作时的功耗达到最低。休眠时芯片的大部分内部电路，如输出DMOS、比较器及电荷泵等都将停止工作。从而在休眠模式时，包括电机驱动电流在内的总电流消耗在40μA以内。 此外，内部保护电路还有利用磁滞实现的热停车、低压关断及换流保护等功能。 集成电路的主要特点：
步进电机及其驱动 1.步进电机的特点与种类 （1）步进电机的特点 步进电机又称脉冲电动机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲,转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步,只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电动机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向、很容易用微机实现数字控制。步进电机具有如下特点: １）步进电机的工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等）的影响，只要在它们的大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前,就不影响其正常工作； 2）步进电机的步距角有误差,转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后,其累积误差变为“零”，因此不会长期积累； ３)控制性能好,在启动、停止、反转时不易“丢步”。因此,步进电机被广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。 (2)步进电机的种类 步进电机的种类很多，有旋转式步进电机,也有直线步进电机;从励磁相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电机。就常用的旋转式步进电机的转子结构来说,可将其分为以下三种： 1）可变磁阻(VＲ-VａrｉablｅＲeluctance)型 该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称反应式步进电机。其结构原理如下图所示。其定子１与转子２由铁心构成,没有永久磁铁，定子上嵌有线圈,转子朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁型。 此类电动机的转子结构简单、转子直径小,有利于高速响应。由于VＲ型步进电机的铁心无极性,故不需改变电流极性,因此多为单极性励磁。
嵌入式技术 电 子 测 量 技 术 EL ECTRONIC M EASUREM EN T TEC HNOLO GY 第32卷第2期2009年2月 基于集成芯片的步进电机驱动器设计 韩 铮 张润和 王 冰 刘晓宇 (内蒙古工业大学 呼和浩特 010051) 摘 要:采用固定频率的PWM电路TL494和频压转换芯片L M2917设计了高性能的反应式步进电动机调频调压驱动电源。分析了步进电动机调频调压原理,介绍了系统硬件电路及软件实现方法,使电机有效地抑制震荡,拓宽了其运行范围,提高了系统的可靠性。 关键词:步进电机;调频调压;脉宽调制;软件环分 中图分类号:TP368.1 文献标识码:A Design of the stepping motor driver based on integrated chip Han Zheng Zhang Runhe Wang Bing Liu Xiaoyu (Inner Mongolia Polytechnic University,Inner Mongolia,Hohhot010051) Abstract:The high2performance driving power of stepping motor based on a fixed f requency PWM circuit TL494and a voltage2f requencyconverter circuit L M2917.The principle Frequency Modulation and Voltage Modulation of stepping motor were analyzed in paper.It mainly introduced hardware circuit design and software program implementation method of this system,this method can effectively reduce the concussion and keep the torques constant of the Reaction Stepper Motor,the approach improves the system reliability. K eyw ords:stepping motor;f requency modulation and voltage modulation;PWM;software circular2allotting 0 引 言 步进电机作为一种数字电机,是将电脉冲信号转换成 机械角位移的执行元件。控制系统每送来一个电脉冲,步进电机的转子就转过一个相应的角度[1]。转子角位移的大小和转速分别与电脉冲的个数及其频率成正比,并在时间上与输入脉冲同步。由于步进电机具有定位精度较高,无位置累积误差,控制简单,易于实现开环控制等优点,其在工业上用途很广[2]。本文基于专用脉宽调制电路实现了对步进电机的调频调压控制。控制简便易行,有效地降低了低频震荡并解决了高频时输出力矩不足的问题。 1 调频调压原理 步进电动机作为一种变磁阻式电机,励磁电流在一定程度上决定了输出力矩的大小。当电机运行较慢时,绕组电流可以达到稳态值,可能由于电流较大引起震荡。反之,电机运行速度加快,由于绕组电流的上升时间变短,导致了绕组电流减小,进而使得输出力矩不足造成失步[3]。如果根据电机运行频率高低来改变绕组上所加电压的高低,低频时用低压驱动,可以有效地抑制低频震荡,随着频率升高提高电压,使高频时有更大的输出转矩,这样可以同时改善高低频率时的运行特性, 并拓宽其运行频率范围。2 控制系统的硬件电路 步进电机驱动控制系统硬件原理图如图1所示。 图1 步进电机驱动控制系统硬件原理图 系统应用单片机A T89S52为控制芯片,同时为频压转换电路和PWM调制电路提供频率信号和环分信号。在绕组通电期间,用斩波的方式给绕组施加电压,可以通过改变所加电压占空比达到调压的目的[4]。开关管驱动信号由频率电压转换电路输出的电压给定值与锯齿波比较得到。频压转换电路输出电压的大小由输入频率的变化调节,使得PWM电路输出控制脉冲的占空比随脉冲频率的增大而增大,实现调频调压功能。 2.1 脉宽调制电路的设计 脉宽调制电路是驱动电源的关键环节,本设计采用具有固定斩波频率的脉宽调制芯片TL494。脉宽调制电路 ? 5 1 1 ?
以下是中国步进电机网对步进电机驱动系统所做的较为完整的表述： 1、系统常识： 步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电机驱动系统的性能，不但取决于步进电机自身的性能，也取决于步进电机驱动器的优劣。对步进电机驱动器的研究几乎是与步进电机的研究同步进行的。 2、系统概述： 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号（来自控制器），它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它 的旋转是以固定的角度一步一步运行的。 3、系统控制： 步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电机驱动器）。控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 4、用途： 步进电机是一种控制用的特种电机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，随着微电子和计算机技术的发展（步进电机驱动器性能提高），步进电机的需求量与日俱增。步进电机在运行中精度没有积累误差的特点，使其广泛应用于各种自动化控制系统，特别是开环控制系统。 5、步进电机按结构分类： 步进电机也叫脉冲电机，包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）等。 （1）反应式步进电机： 也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电机。其定子和转子均由软磁材料制成，定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组，定、转子周边均匀分布小齿和槽，通电后利用磁导的变化产生转矩。一般为三、四、五、六相；可实现大转矩输出（消耗功率较大，电流最高可达20A，驱动电压较高）；步距角小（最小可做到六分之一度）；断电时无定位转矩；电机内阻尼较小，单步运行（指脉冲频率很低时）震荡时间较长；启动和运行频率较高。 （2）永磁式步进电机： 通常电机转子由永磁材料制成，软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组，定、转子周边没有小齿和槽，通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转矩。一般为两相或四相；输出转矩小（消耗功率较小，电流一般小于2A，驱动电压12V）；步距角大（例如7.5度、15度、22.5度等）；断电时具有一定的保持转矩；启动和运行频率较低。 （3）混合式步进电机： 也叫永磁反应式、永磁感应式步进电机，混合了永磁式和反应式的优点。其定子和四相反应式步进电机没有区别（但同一相的两个磁极相对，且两个磁极上绕组产生的N、S极性必须相同），转子结构较为复杂（转子内部为圆柱形永磁铁，两端外套软磁材料，周边有小齿和槽）。一般为两相或四相；须供给正负脉冲信号；输出转矩较永磁式大（消耗功率相对较小）；步距角较永磁式小（一般为1.8度）；断电时无定位转矩；启动和运行频率较高；是目前发展较快的一种步进电机。 6、步进电机按工作方式分类：可分为功率式和伺服式两种。 （1）功率式：输出转矩较大，能直接带动较大负载（一般使用反应式、混合式步进电机）。（2）伺服式：输出转矩较小，只能带动较小负载（一般使用永磁式、混合式步进电机）。 7、步进电机的选择： （1）首先选择类型，其次是具体的品种与型号。
步进电机闭环细分驱动控制系统设计 摘要：介绍了螺纹非接触光电测试系统中步进电机闭环细分控制系统的设计，并结合系统要求对抗干扰性和稳定性进行深入研究。文中对步进电机的特性与系统的性能相互关系进行了论述，在此基础上提出了可行的系统设计方案，给出了基于TA8435专用芯片的细分驱动设计电路，对系统抗干扰性和稳定性设计提出了具体解决办法，硬件设计中采用了传感器反馈的全伺服控制方法，软件上采用升频离散化处理，很好的解决了步进电机在高速启停过程中的堵转和丢步现象，提高了系统的稳定性和精度。 关键词：闭环控制；细分驱动；升频离散化 中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1672－9870（2008）02－00093－03 收稿日期：200716 基金项目：国家863计划资助项目 作者简介：宋鸿飞（1980
角，并依靠电磁力锁定转轴在一定的位置上。因此在定位精度不高的场合下，一般的步进系统都采用开环控制。但由于步进电机固有的低频共振，高频扭矩小引起的失步和机械结构等因素的影响，都会造成实际位移值偏离指令设定值。因此在高定位精度的场合下，没有闭环反馈就无法知道电机是否丢步或过步，系统无法对其进行有效校正和补偿，导致不能准确定位。在步进系统中引入检测环节并对其进行闭环控制，可从根本上解决步进系统的定位精度问题，将使其性能大大提高。步进电机的闭环控制可采用各种不同的方法，其中包括步校验、无传感器反电动势检测和有传感器反馈的全伺服控制。 1系统构成 本电机系统设计应用精密在螺纹非接触光电测试系统中，两相步进电机通过精密滚珠螺杆把电机的轴角运动转化成直线位移运动，带动负载平台及上边安装的测试系统在螺管内部进行直线运动，实现对螺纹的实时检测。由于螺纹检测属于精密检测，对精密位移台的定位精度、速度范围和速度稳定性提出了很高的要求，因此步进电机采用开环控制方式是达不到系统的指标要求的，针对系统的要求步进电机要采用闭环细分控制方式。 电机控制系统设计采用有传感器反馈的全伺服控制方法。其系统组成包括四部分：（1）使用89S52单片机实现电机控制器设计；（2）电机细分驱动器采用东芝公司生产的TA8435电机驱动专业芯片实现电机细分驱动器的设计；（3）位置反馈传感器采用分辨率 1 图1步进电机闭环细分控制系统功能图 Fig.1Diagram for close-loop subdivision control system func- tion of stepper motor 2细分驱动器设计 结合螺纹检测系统对位移平台定位精度和速度范围的要求，步进电机步距角不能满足使用条件，在设计中采用细分驱动的方法，细分驱动电路是通过对步进电机的励磁绕组中电流的控制，来调整步进惦记步距角的大小，把原来的一个整步步距角细分成若干步来完成，从而实现步进电机的高精度定位，提高了步进电机的分辨率。实现细分驱动的方法有很多种，设计中使用了东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片TA8435，芯片采用的是脉宽调制式斩波驱动，该芯片有电路连接简单，工作稳定，特点如下： （1）工作电压范围宽（10 、B+、B 图2细分驱动电路原理图 Fig.2Circuit schematic diagram of subdivision driving 在系统中使用的位移平台螺杆导程L为4mm （即电机轴转动一周负载平台的直线位移量），细分数为为0.9° ，分数为 而转台的移动速度和脉冲频率、细分选择、电机本身的固有频率有关。在设计中由89S52的内部 定时器
技术文档-步进电机多级细分驱动方法研究 步进电机作为电磁机械装置，其进给的分辨率取决于细分驱动技术。采用软件细分驱动方式，由于编程的灵活性、通用性，使得步进细分驱动的成本低、效率高，要修改方案也易办到。同时，还可解决步进电机在低速时易出现的低频振动和运行中的噪声等。但单一的软件细分驱动在精度与速度兼顾上会有矛盾，细分的步数越多，精度越高，但步进电机的转动速度却降低；要提高转动速度，细分的步数就得减少。为此，设计了多级细分驱动系统，通过不同的细分档位设定，实现不同步数的细分，同时保证了不同的转动速度。 1 细分驱动原理 步进电机控制中已蕴含了细分的机理。如三相步进电机按A→B→C……的顺序轮流通电，步进电机为整步工作。而按A→AC→C→CB→B→BA→A……的顺序通电，则步进电机为半步工作。以A→B为例，若将各相电流看作是向量，则从整步到半步的变换，就是在IA与IB之间插入过渡向量IAB，因为电流向量的合成方向决定了步进电机合成磁势的方向，而合成磁势的转动角度本身就是步进电机的步进角度。显然，I AB的插入改变了合成磁势的转动大小，使得步进电机的步进角度由θb变为0.5 θb，从而也就实现了2步细分。由此可见，步进电机的细分原理就是通过等角度有规律的插入电流合成向量，从而减小合成磁势转动角度，达到步进电机细分控制的目的。 如图1所示，在三相步进电机的A相与B相之间插入合成向量AB，则实现了2步细分。要再实现4步细分，只需在A与AB之间插入3个向量I1、I2、I3，使得合成磁势的转动角度θ1=θ2=θ3=θ4，就实现了4步细分。但4步细分与2步细分是不同的，由于I1、I2、I3 3个向量的插入是对电流向量IB的分解，故控制脉冲已变成了阶梯波。细分程度越高，阶梯波越复杂。 图1 步进细分原理 在三相步进电机整步工作时，实现2步细分合成磁势转动过程为IA→IAB→IB；实现4步细分转动过程为IA→I2→IAB……；而实现8步细分则转动过程为 IA→I1→I2→I3→IAB……。可见，选择不同的细分步数，就要插入不同的电流合成向量。 2 多级细分驱动系统的实现 2.1 系统组成 如图2所示，系统由主机、键盘输入系统、步进显示系统、步进控制系统组成。主机采用AT89C51单片机，其为低功耗的8位单片机，片内有一个4K字节的Flash
基于单片机的步进电机细分驱动控制系统 摘要：运用自趋圆算法，通过51单片机实现对步进电机的细分控制系统设计。 关键词：细分驱动;近似函数法;单片机 引言 步进电机是一种用电脉冲进行控制，将电脉冲信号转换成相应角位移的电机，其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比，每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电机运转的速度。 步进电机细分驱动技术是70年代中期发展起来的一种可以显著改善步进电机综合使用性能的驱动技术。细分驱动技术的广泛应用，使得电机的相数不受步距角的限制，为产品设计带来了方便。 本文采用单片机作为控制中心设计了采用细分驱动技术的步进电机控制系统。 1.细分驱动原理与特点 细分驱动的基本思想是： 细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的，与电机本身无关。可以在每次输入脉冲切换时，不是将定子绕组电流全部通入或切除，而是只改变相应定子绕组电流的一部分，则电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分，转子的每步运行也只有步距角的一部分。这里，定子绕组电流不是一个方波，而是阶梯波，定子绕组电流是台阶式的投入或切除，电流分成多少个台阶，则转子就以同样的步数转过一个步距角。这种将一个步进角细分成若干步的驱动方法，即为细分驱动，又称微步驱动。 采用细分驱动技术有许多优点： （1）采用细分驱动技术后，在不改变步进电机整体结构的前提下，可以大幅度提高步进电机的分辨率。 （2）由于电机绕组中的电流变化幅度变小了，所以引起低频振荡的过冲能量降低了，即改善了低频性能，减小了开环运动的噪声，提高了运行稳定度。 （3）在数控系统中，加工误差难以提高的原因很大一部分是由于减速箱的存在，采用细分驱动技术后，可以采用步进电机直接同丝杠相连的形式，这样可