步进电机细分控制器的设计

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1、湖南生物机电职业技术学院毕业设计（论文）题目：步进电机细分控制器的设计 专 业 电子电气工程系 班 级 电子315班 姓 名 指导教师 2008年5 月目录摘要关键词一引言二步进电机 1.1 步进电机的原理2 1.2 步进电机的基本参数2 1.3 步进电机的特点三步进电机的应用 2.1 步进电机的选择 2.2 应用中的注意点2.3 其他说明四步进电机驱动器的原理4.1脉冲信号的产生 4.2功率放大 4.3细分驱动器五细分方案的探讨 5.1方案一：（采用8031和8155够成的细分系统） 控制系统工作原理 方案一小结2.方案二：（采用TA8435H芯片的步进电机细分方法 TA8435芯片特点 T

2、A8435细分工作原理 单片机与TA8345连接控制步进电机原理图 单片机程序的设计 方案二小结六总结七参考文献【摘要】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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以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；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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式

3、步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。【关键词】 电动机、8031、8055、芯片、细分系统、程序【Summary 】tread is a kind of performance organization that will give or get an electric shock a pulse conversion to move for the Cape into the electrical engineering.When tread to receive to a pulse signal into the actuator, it drives a ste

4、p to enter the direction that the electrical engineering press the enactment to turn to move an angle(be called tread to be apart from Cape) for fix, it of revolve to fix of the angle one-step movement of.Can pass control pulse piece to control a Cape to move quantity, attain the purpose of accurate

5、 fixed position thus;The purpose canned pass control pulse frequency to control electrical engineering to become dynamic speed and acceleration in the meantime, attained to adjust thus soon.Tread into electrical engineering can conduct and actions a kind of control use of special kind electrical eng

6、ineering, make use of the characteristics that it doesnt have backlog error margin(the accuracy is 100%), extensively applied in various open a wreath control. More and in common usely tread to include a reaction type to tread a Ci type to tread into the electrical engineering(PM) into the electrica

7、l engineering(VR) and always into the electrical engineering now, mixture the type tread into the electrical engineering(HB) and the list mutually the type tread etc. is into the electrical engineering.【Keyword 】 electric motor, 8031, 8055, chip, subdivide system，Procedure引 言一、步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的

8、开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂

9、家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 二、感应子式步进电机工作原理（一）反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3，C与齿3向右错开2/3，A与齿5相对齐，（A

10、就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图： 2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3，此时齿3与C偏移为1/3，齿4与A偏移（-1/3）=2/3。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3，此时齿4与A偏移为1/3对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A通电，电机就每步（每脉冲）1/3,向右旋

11、转。如按A，C，B，A通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3改变为1/6。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3变为1/12，1/24，这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方

12、面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量）当转子与定子错开一定角度产生力F与（d/d）成正比 其磁通量=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=NI/RNI为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 （二）感应子式步进电机 1、特点： 感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子

13、激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= ,D= . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，

14、往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 感应子式步进电机以相数可分为 ：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。 3、步进电机的静态指标术语相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-

15、DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正

16、比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。 一、步进电机1.1步进电机的原理 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各国民经济领域都有应用。 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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以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；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的

17、速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进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）和单相式步进电机等。 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。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而

18、五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。 1.2步进电机的一些基本参数： 电机固有步距角： 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9/1.8（表示半步工作时为0.9、整步工作时为1.8），这个步距角可以称之为电机固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 步进电机的相数： 是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9/1.8、三相的为0.

19、75/1.5、五相的为0.36/0.72 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。 保持转矩（HOLDING TORQUE）： 是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。 DET

20、ENT TORQUE： 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE 1.3步进电机的一些特点：、一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积、步进电机外表允许的最高温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。 、步进电机

21、的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 、步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 步进电动机以其显著的特点，在数字

22、化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用使用三、 进电机的应用2.1步进电机的选择步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。1、步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机）等。2、静力矩的选择步进电机的动态力矩一

23、下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）3、电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压） 综上所述选择电机一般应遵循以下步骤： 4、力矩与功率换算 步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的

24、，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下： P= M =2n/60 P=2nM/60 其P为功率单位为瓦，为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿米 P=2fM/400(半步工作） 其中f为每秒脉冲数（简称PPS）2.2、应用中的注意点1、步进电机应用于低速场合-每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。2、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。3、由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值 ，可根据

25、驱动器选择驱动电压（建议：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源， 不过要考虑温升。4、转动惯量大的负载应选择大机座号电机。5、电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。6、高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。7、电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。8

26、、电机在600PPS（0.9度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。9、应遵循先选电机后选驱动的原则。（三）、其他说明有关低频振动、升降速、机械共振、工作往复运动的误差、平面圆弧X、Y插补误差以及其他问题。具体解决办法恕不便在此叙述，我厂用户可来电咨询，可根据具体情况解决。不同厂家的电机在设计、使用材料及加工工艺方面差别很大，选用步进电机应注重可靠性而轻性能、重品质而轻价格。四 步进电机驱动器的原理 步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号,加以放大以驱动步进电机。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进脉冲信号的频率，

27、可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。 典型的步进电机驱动控制系统主要由三部分组成： . 步进控制器，由单片机实现。 驱动器，把单片机输出的脉冲加以放大，以驱动步进电机。 步进电机。 典型的步进电机驱动控制电路图如下： 图中单片机的I/O口一位控制一相绕组，根据所选定的步进及控制方式可写出相应的控制方式的数学模型，如三相单三拍、三相双三拍、三相六拍。 现以三相六拍为例： 步序 控 制 位 C B A 控制模型 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H AB 1 1 1 1 1 0 1 1 FBH B 1 1 1 1 1 0

28、 1 0 FAH BC 1 1 1 1 1 1 1 0 FEH C 1 1 1 1 1 1 0 0 FCH CA 1 1 1 1 1 1 0 1 FDH 以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型。因此，步进驱动控制器实际上就是按上述的控制方式所规定的顺序送脉冲序列，即可实现驱动步进电机三相六拍方式的转动。输入顺序脉冲序列的速率就是步进电机的速率。使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下：1、脉冲信号的产生。 脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。2、功率放大 功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进

29、电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。 步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。电压对力矩影响如下：3、细分驱动器在步进电机步距角不能满足使用的条件下，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相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。

30、五 细分技术方案探讨细分的基本概念为：步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了。如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为电机固有步距角的十分之一，也就是：当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。 步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其主要目的是提高电机的运转精度，实现步进电机步距角的高精度细分。其次，细分技术的附带功能是减弱或消除步进电机的低频振动，低频振荡是步进电机（尤其是反应式电机）的固有特性，而细分

31、是消除它的唯一途径，如果步进电机有时要在共振区工作（如走圆弧），选择细分驱动器是唯一的选择。 驱动器细分后的主要优点为：完全消除了电机的低频振荡；提高了电机的输出转矩，尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30-40% ；提高了电机的分辨率，由于减小了步距角、提高了步距的均匀度，提高电机的分辨率是不言而喻的。 以上这些优点，尤其是在性能上的优点，并不是一个量的变化，而是质的飞跃。 因此，在性能上的优点是细分的真正优点。由于细分驱动器要精确控制电机的相电流，所以对驱动器要有相当高的技术要求。 细分后的电流波形方案一：（采用8031和8155够成的细分系统） 步进电机步距角细分单片机控制系

32、统电路组成如图3所示，本系统采用8031单片机，其主要外围电路有：D触发器，用于恒频脉宽调制和阶梯控制的合成；D/A转换器产生阶梯电压，此电压通过比较器与绕组电压比较后传送给D触发器；功率放大器用于将D触发器输出的恒频脉冲调宽信号进行功率放大，以驱动步进电机。此外，系统采用LED显示器显示过程信息和操作提示，程序存储器存储控制程序，键盘用来设定各种参数。图3单片机细分控制系统原理框图控制系统工作原理如图3所示，首先通过键盘设定细分步数及采用几细分，并在八位数码管显示，这时系统通过8031控制开始工作，当步进电机有跳变相时，与该相连接的模拟开关闭合，选中此D/A转换开始工作，D/A转换输出电压V

33、out，Vout与电压比较器同相端相接 ，而步进电机该相输出电压 V1，并与电压比较器反相端相接，进行电压比较。当V1Vout时， 电压比 较器输出低电平，D触发器清零，开关管组成的功放级截止，I1因绕组能量泄放而下 降，出现V1Vout时，电压比较器输出高电平，CP脉冲的上升沿使D触发 器的Q=1，功放级导通，则绕组电流I1上升，结果是V1Vout，又 使电压比较器输出低电平，D触发器清零，功放级截止，I1因绕组能量泄放而下降， 又出现V1Vout。此过程一直往复。由于恒频脉冲频率较高，使V1 基本保持在Vout值，且I1波顶比较平稳。 这样通过D/A转换输入不同的阶梯电压，产生不同的阶梯电

34、流，达到了步距角细分的目的。方案一小结：用步进电机细分驱动控制系统进行了细分实验，以三细分为例进行对阶梯电压的调试，D/A转换输出的阶梯电压通过示波器显示出来，达到了预想的目的。对步进电机步距角细分单片机控制系统设计，将设计结果归纳如下：1. 采用单片机控制能实现步进电机步距角细分，并且硬件电路具有通用性， 能够满足不同细分的要求。2. 软件程序设计以三细分为例，主要采用单片机指令编程，也可以采用PLM 语言进行软件编程。3. 试验结果表明，所采用的模拟实验，达到了预期的目的，以三细分为例可以产生三细分电压，这样可以达到步距角三细分的目的。总之，此设计电路硬件图具有通用性和可扩展性；软件程序也

35、具有扩展性，可以继续进行研究采用不同的计算机语言进行综合编程，不断完善软件程序的优化。 以上是以单片机控制的细分方案，可以看出此方案电路相当复杂，但可行度也相当高，但我着重介绍下面一种比较简单的驱动，电流控制方案方案二（采用TA8435H芯片的步进电机细分方法）现在介绍的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度四相混合式步进电机为例，在整步方式下，步进电机每接收一个脉冲，旋转1.8度，旋转一周，则需要200个脉冲，在半步方式下，步进电机每接收一个脉冲，旋转0.9度，旋转一周，则需要400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，以上述四相六线制步进电机为

36、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。 实现细分方式有多种方法，最常用的是脉宽调制式斩波驱动方式，大多数专用的步进电机驱动芯片都采用这种驱动方式，TA8435就是其中一种芯片。 TA84

37、35芯片特点 TA8435是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，该芯片具有以下特点： 1）工作电压范围宽（1040V）； 2）输出电流可达1.5A（平均）和2.5A（峰值）； 3）具有整步、半步、1/4细分、1/8细分运行方式可供选择； 4）采用脉宽调试式斩波驱动方式； 5）具有正/反转控制功能； 6）带有复位和使能引脚； 7）可选择使用单时钟输入或双时钟输入。 从图2中可以看出，TA8435主要由1个解码器，2个桥式驱动电路、2个输出电流控制电路、2个最大电流限制电路、1个斩波器等功能模块组成。 .TA8435细分工作原理 在图3中，第一个CK时钟周期时，解码器打开桥式驱动电

38、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

39、应为第2阶段的电压，因此，流经步进电机线圈的电流从第1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，只有又升高比较器正向电压而已，输出电流波形如图IA中第3、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。 单片机与TA8345连接控制步进电机原理图图4是单片机与TA8435相连控制步进电机的原理图，引脚M1和M2决定电机的转动方式：M10、M20，电机按整步方式运转；M11、M20，电机按半步方式运转；M10、M21，电机按1

40、/4细分方式运转；M11、M21，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：IOVref/Rnf。图4中，设REFIN1，选用步进电机额定电流为0.4A，R1，R2选用1.6欧姆、2W的大功率电阻，O、C两线不接。步进电机按二相双极性使用，四相按二相使用时可以提高步进电机的输出转矩，D1D4快恢复二极管用来泄放绕组

41、电流。单片机程序的设计 以下是利用TA8435控制步进电机的程序，实现采用1/8细分方式控制步进电机的顺时钟方向转动的功能，利用定时器1向TA8435输出脉冲，用来控制步进电机转速。程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP SUB1 ORG 30H MAIN:MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0F0H MOV TH0,#0D8H MOV IE,#82H SETB TR0 START:MOV A,#0FFHMOV P2,AL1:MOV A,P2 CJNE A,#0FFHLCALL DELLAY_5msSJMP L1LCALL DELLAY_5msLC

42、ALL DELLAY_5msMOV A,P2CJNE A,#0FFH,L2CJMP L1L2:JNB ACC.0,TAB0 JNB ACC.1,TAB1 JNB ACC.2,TAB2 JNB ACC.3,TAB3 JNB ACC.4,TAB4 SJMP L1TAB0:LJMP WORK1TAB1:LJMP WORK2TAB2:LJMP WORK3TAB3:LJMP WORK4TAB4:LJMP WORK5WORK1:CLR P1.3 CLR P1.4SET P0LJMP STARTWORK2:SET P1.3 CLR P1.4 CLR P0 SET P0.1 LJMP STARTWORK3:C

43、LR P1.3CET P1.4CLR P0SET P0.2LJMP STARTWORK4:SET P1.3SET P1.4CLR P0SET P0.3LJMP STARTWORK5:CPL P1.2SET P0.4LJMP STARTSUB:MOV TL0,#0F0HMOV TH1,#0DBHCPL P1.0RETIEND 方案二小结本文介绍了步进电机的特点和TA8435芯片工作原理，使用细分方式可以提高步进电机的控制精度，降低步进电机的振动和噪声，因此，在低频工作时，可以选用1/4细分或1/8细分模式，以降低系统的振动和噪声，当系统需要在高速工作时，细分模式就有可能达不到要求的速度，这时可以

44、选用整步或半步方式，在速度较高时，在整步或半步工作模式下，步进电机运行稳定，振动小、噪声也小。TA8435在细分、半步、整步几种工作模式之间的切换是相当容易的，使用TA8435控制步进电机具有价格低、控制简单、工作可靠的特点，所以具有很高的推广价值和广阔的应用前景。六、总 结在整个毕业论文设计过程中，我主要围绕着如何在步进电机最小步进角的基础上实现 步进细分。从方案的制定到软件的编写我都经过反复的思考，并且查看了很多的参考书籍和参考资料，以及得到了指导老师的从旁指导和大力支持。 在本次毕业设计中，我进一步加强了自己的动手能力和运用专业知识的能力，从中学习到如何去思考和解决问题，以及如何灵活地改

45、变方法去实现设计方案；特别是深刻体会到的是软件和硬件结合的重要性，以及两者的联系和配合作用。 通过毕业设计，我既巩固了专业知识，又学到了在设计高精密仪器过程中的许多流程和该注意的事项，增强了产品开发的意识，是我在大学时期很好的一次实践和锻炼机会。 七、参考文献1、 雨宫好文 主编 松井信行 著 控制用电机入门 科学出版社 2000.1 2、 高 鹏等编著 Protel99 入门与提高 人民邮电出版社 2000.2 3、 清源计算机工作室编著 Protel 99原理图与PCB设计 机械工业出版社 2000 4、 梁军等编 单片机原理及应用东南大学出版社 2000 5、何立民编著 单片机高级教程 北京航空航天大学出版社 2000