基于L297_298的步进电机工作模式的单片机接口

技术创新中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与ＳＯＣ）２００７年第２３卷第９－２期电子设计基于Ｌ２９７／２９８的步进电机工作模式的单片机接口ＳＣＭＩｎｔｅｒｆａｃｅＤｅｃｉｄｉｎｇｔｈｅＷｏｒｋｉｎｇＭｏｄｅｏｆＳｔｅｐｐｅｒＭｏｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＬ２９７／２９８（江苏科技大学）向海健ＸＩＡＮＧＨＡＩＪＩＡＮ摘要：作为混合式步进电机的驱动器，基于Ｌ２９７／２９８驱动芯片的组合是较为常见的一种。

本文较为详细得论述了基于该种驱动器下混合式步进电机的三种工作模式，给出了相应的单片机接口方案，在该方案中包括了接口的硬件电路与接口的软件编程。

关键词：步进电机；Ｌ２９７／２９８；单片机中图分类号：ＴＭ３８３．６文献识别码：ＢＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｄｒｉｖｅｒｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒ，ｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＬ２９７ａｎｄＬ２９８ｉｓａｄｒｉｖｅｒｕｓｕａｌｌｙｓｅｅｎ。

ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｒｅｅｗｏｒｋｉｎｇｍｏｄｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｄｉｖｅｒｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｇｉｖｅｓｒｅｌａｔｉｖｅＳＣＭｉｎｔｅｒｆａｃｅ。

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ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒ，Ｌ２９７／２９８，ＳＣＭ文章编号：１００８－０５７０（２００７）０９－２－０３０２－０２向海健：讲师基金项目：江苏省高校自然科学基金（ＢＫ２００１０５６）引言步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步距角）。

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；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。

步进电机分为三种：永磁式（ＰＭ），反应式（ＶＲ）和混合式（ＨＢ）。

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为７．５度或１５度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为１．５度，但噪声和振动都很大；混合式步进电机混合了永磁式和反应式的优点。

它分为两相和五相，两相混合式步进电机步距角一般为１．８度而五相混合式步进电机步距角一般为？０．７２度。

其中混合式步进电机的应用最为广泛。

基于Ｌ２９７／２９８驱动芯片的两相双极性混合式步进电机驱动器（见图１），采用恒流斩波图１Ｌ２９７／２９８驱动器方式驱动，每相电流可达２Ａ。

其中Ｌ２９７是步进电机控制器，适用于双极性两相步进电机或单极性四相步进电机的控制。

用Ｌ２９７输出信号可控制Ｌ２９８双桥驱动集成电路，用来驱动电压最高为４６Ｖ，总电流为４Ａ以下的步进电机。

Ｌ２９７也可用来控制由达林顿管组成的分立电路，以驱动更高电压，更大电流的步进电机。

Ｌ２９７只需要时钟、方向和模式输入信号，相位由内部产生，从而减轻了微处理器和程序设计的负担。

Ｌ２９７采用固定斩波频率的ＰＷＭ恒流斩波方式工作。

Ｌ２９７主要由译码器，两个固定斩波频率的ＰＷＭ恒流斩波器以及输出控制逻辑组成。

Ｌ２９８是用来驱动步进电机的集成电路，采用双全桥接方式驱动，由于是双极性驱动，步进电机的定子励磁绕组线圈可以完全利用，使步进电机达到最佳的驱动。

１原理基于Ｌ２９７／２９８驱动器的混合式步进电机有三种不同的工作模式：即半步模式（ＨＡＬＦＳＴＥＰ）（见图２）、整步一相励磁模式（ＦＵＬＬＳＴＥＰＯＮＥＰＨＡＳＥＯＮ）（见图３）、整步两相励磁模式（ＦＵＬＬＳＴＥＰＴＷＯＰＨＡＳＥＯＮ）（见图４）。

步进电机工作于半步模式时，其内部定子绕组的励磁是一相与两相相间的，此时步进电机每接受一个脉冲，只转过半个步距角。

步进电机工作于半步模式时，步进电机所获得的转距较常规值偏小。

步进电机工作于整步一相励磁模式时，其内部定子绕组的励磁在任何一个时刻都是一相的，此时步进电机每接受一个脉冲，转过一个步距角。

步进电机工作于整步一相励磁模式时，步进电机获得常规转距。

步进电机工作于整步两相励磁模式时，其内部定子绕组的励磁在任何一个时刻都是两相的，此时步进电机每接受一个脉冲，转过一个步距角。

步进电机工作于整步两相励磁模式时，步进电机获得的转距相对前两种而言是最大的。

Ｌ２９７的核心是其内部的译码器，通过译码器Ｌ２９７产生三种相序信号，以对应三种不同的工作模式。

译码器受Ｌ２９７的方向输入引脚信号和半步方式／整步方式输入引脚信号技术创新电子设计您的论文得到两院院士关注所控制。

译码器内部是一个３ＢＩＴ的计数器，加上一些组合逻辑，产生每周期８步的格雷码时序信号（见图５），此即半步模式的时序信号，此时Ｌ２９７的输入引脚信号取高电平。

若引脚取低电平，则得到整步工作模式。

如果引脚是在译码器的八步格雷码时序信号的奇数状态位时取低电平的，则得到整步两相励磁模式；如果引脚是在译码器的八步格雷码时序信号的偶数状态位时取低电平的，则得到整步一相励磁模式。

图２半步模式图３整步一相励磁模式图４整步两相励磁模式图５每周期８步的格雷码时序信号２方案基于Ｌ２９７／２９８驱动器的混合式步进电机工作模式的单片机接口硬件电路如图所示（见图６）。

在图６中Ｌ２９７的ＣＬＯＣＫ时钟信号输入引脚接单片机８９Ｃ５１的Ｐ１．３引脚，ＨＡＬＦ／ＦＵＬＬ引脚接Ｐ１．６，引脚接Ｐ１．７。

ＲＥＳＥＴ与该接口硬件电路相配合的软件编程如下：（仅以整步一相励磁模式为例给出汇编语言源程序）…ＭＯＶＴＭＯＤ，＃１１ＨＭＯＶＴＨ１，＃０Ｄ８Ｈ；定时器１初始化，１０ｍｓ中断一次ＭＯＶＴＬ１，＃０Ｆ０ＨＣＬＲＰ１．７；Ｌ２９７内部计数器复位，计数初值为０１０１ＮＯＰＮＯＰ图６单片机接口硬件电路ＳＥＴＢＰ１．７ＳＥＴＢＰ１．３；第一个时钟的高电平ＳＥＴＢＰ１．６；设定当前工作模式为半步模式ＳＥＴＢＴＲ１ＬＣＡＬＬＴＴ；第一个时钟的低电平ＬＣＡＬＬＴＴ；第二个时钟的高电平，即时序信号的偶数状态位ＮＯＰＮＯＰＣＬＲＰ１．６；置引脚为低电平，当前工作模式为整步一相励磁模式ＬＣＡＬＬＴＴ；第二个时钟的低电平…ＴＴ：ＪＮＢＴＦ１，ＴＴＣＬＲＴＦ１ＣＬＲＴＲ１ＭＯＶＴＨ１，＃０Ｄ８ＨＭＯＶＴＬ１，＃０Ｆ０ＨＣＰＬＰ１．３ＳＥＴＢＴＲ１ＲＥＴ……３结论该接口方案是针对小型重物的步进电机悬挂系统而设计研究的，接口电路简单，对于混合式步进电机的工作模式可通过软件编程加以方便的切换。

尤其是对于步进电机转距要求不太高的应用场合，还可通过改变步进电机的工作模式，控制步进电机的发热。

本文作者创新点在于较为深入的研究了基于Ｌ２９７／２９８这种常用步进电机驱动芯片组合在实际应用中的一个还未被充分认识的潜在优势，即Ｌ２９７的三种工作模式，并给出了相应的单片机接口，从而能更好的发挥这种驱动芯片组合在混合式步进电机驱动中的应用潜力，并提高了该驱动组合在不同工作场合下应用的灵活性。

参考文献［１］刘宝廷．步进电动机及其驱动控制系统［Ｍ］．哈尔滨工业大学出版社，１９９７［２］Ｌ２９７ＳＴＥＰＰＥＲＭＯＴＯＲＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲＳ［Ｚ］．ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００１（下转第１７９页）技术创新ＤＳＰ开发与应用您的论文得到两院院士关注化配置；然后，系统进入主程序中断等待的死循环，等待中断触发并予以响应。

发动机和电池组的能量管理策略与电机运动控制策略的运算都在中断服务子程序中进行。

软件系统的主控制程序设置两级中断，分别为ＣＡＮ中断和定时器中断。

ＣＡＮ中断用于整车各个子系统与传感器的信息采集，而定时器中断用于控制策略的实时调节和ＣＡＮ指令发送。

两者相较，定时器中断优先级更高。

３．２ＣＡＮ通讯模块设计ＣＡＮ总线通讯模块完成系统数据采集和系统控制指令发送功能。

ＣＡＮ总线的数据采集采用实时接收的模式，只要有数据进入ＣＡＮ接收邮箱，就产生一次ＣＡＮ中断，进入其中断服务子程序，完成数据的采集处理。

而ＣＡＮ总线的指令发送采用定时器触发方式，系统时钟每间隔５０ｍｓ触发一个周期，系统进入定时器中断子程序，将综合控制系统的指令发送到分布式控制网络的相关节点。

ＣＡＮ总线通讯模块在启动时需要进行初始化，其初始化流程如图５所示。

４实车实验及结论综合控制系统经过台架调试环节和实际装车试验，验证了所选用的ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７型号的ＤＳＰ能够准确、快速的采集驾驶员指令，实现混合动力车辆的能量管理和运动控制。

ＣＡＮ总线能够满足车载分布式控制网络的实时性通讯要求，完成整车数据采集和系统控制指令发送。

本文的创新点在于，以ＴＩ公司的典型ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７为ＥＣＵ，完成了混合动力车辆综合控制系统的开发；以基于ＣＡＮ总线通讯的综合控制系统作为车载分布式控制网络的核心节点，实现了混合动力车辆的总线通讯及分布式网络控制。

参考文献［１］李巍．电驱动车辆动力驱动系统综合控制［Ｄ］．北京：北京理工大学机械与车辆工程学院，２００５［２］邬宽明．ＣＡＮ总线原理和应用系统设计［Ｍ］．北京：北京航空航天出版社，１９９６［３］ＳＡＥＪ１９３９．ＰｒａｃｔｉｃｅｆｏｒａＳｅｒｉａｌＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＶｅｈｉｃｌｅＮｅｔｗｏｒｋ［Ｓ］，ＳＡＥ，２０００［４］王华平，苗长云，陈弘等．基于ＣＡＮ总线的电动汽车车门控制系统的设计［Ｊ］微计算机信息，２００６，９－２，２３９－２４１［５］秦贵和．车上网络技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３［６］王建强，罗禹贡，成莺等．混合动力汽车多能源动力总成控制器硬件在环仿真系统［Ｊ］．中国机械工程，２００５，８月下半月，１４７８－１４８０作者简介：曹磊（１９８１．１２－），男，山东省曲阜市人，博士生，北京理工大学机械与车辆工程学院；主要研究方向：电驱动车辆综合控制系统，电驱动车辆运动策略研究；张承宁（１９６３－），男，安徽省安庆市人，教授／博士，博士生导师，北京理工大学机械与车辆工程学院；主要研究方向：电驱动车辆的总体研究，电机驱动控制与研究；孙逢春（１９５８－），男，教授，博士生导师，长江学者。

Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＣＡＯＬｅｉ（１９８１．１２－），ｍａｌｅ，Ｄｏｃｔｏｒａｌｃａｎｄｉｄａｔｅ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＶｅｈｉｃｕｌａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＭａｉｎＲｅｓｅａｒｃｈＦｉｅｌｄ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｐｏｗｅｒ－ｔｒａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ（１０００８１北京北京理工大学机械与车辆工程学院）曹磊张承宁孙逢春通讯地址：（１０００８１北京市海淀区北京理工大学三院电动车辆工程技术中心）曹磊（收稿日期：２００７．８．２３）（修稿日期：２００７．９．２５）（上接第２６７页）本文作者创新点：本文结合混沌分析理论和ＢＰ神经网络提出了一种电价预测算法，并在此基础上，利用Ｍａｔｌａｂ对美国加州电价数据进行了预测．并加入了动量项，使得系统迭代此时更少，预测精度更高，有效的避免算法陷入局部极小，有较强的实用价值，也取得了良好的经济效益。