基于A3972的步進電機驅動模塊設計

　　摘要：本文介紹一種基于A3972的步進電機驅動模塊的設計，給出了驅動模塊的控制接口，內部電路結構及軟件設計。

　　關鍵字：步進電機;驅動模塊;A3972;PWM;細分

　　引言

　　步進電機作為執行器件，廣泛用于各種類型的自動控制系統。它是一種將離散的電脈沖信號轉化成相應的角位移或線位移的電磁機械裝置。它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比、轉速與脈沖頻率成正比，是一種輸出與輸入脈沖對應的增量驅動元件。然而由于其步距角較大，往往滿足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求，因此實現細分驅動是減小步距角、提高步進分辨率、增加電機運行平穩性的一種行之有效的方法。

　　在實際應用中，往往要求電機運轉過程中在轉速滿足要求的同時，力矩要足夠大，而電機的轉速與力矩恰是一對矛盾體，轉速相同時電機的起動力矩要小于運行力矩，所以實際應用中要根據電機負載力矩來確定啟動頻率與運行頻率。

　　本文將給出一種基于A3972驅動芯片的驅動模塊設計，以滿足實際生產中精密定位的需求，并給出一個合理的加速曲線，以解決電機的啟動力矩與轉速的矛盾。

　　A3972控制芯片

　　A3972是Allegro公司的64細分雙DMOS全橋微步距PWM步進電機驅動集成電路，CPU可通過時鐘、數據、選通3線串口對其進行控制，包括步進電機的方向、速度、步進法(細分)的設置。控制指令以串行數據形式通過兩個字的格式寫入，一個為橋電流數據字，一個為控制時間數據字。它的工作電壓可達50V，驅動電流達1.5A，一個A3972即可驅動一臺二相步進電機。

　　A3972具有優良的特性，芯片內部的SPWM電流控制電路可通過串口設置其工作在整步、半步、1/4步等，最多可至1/64步，每一步的負載電流可以按最大值的1.56%增量進行設置。其特有的電流慢、快、混合等3種電流衰減模式可以使步進電機工作在不同的負載和轉速下，而且都能獲得較理想的電流波形。另外，它易于與單片機接口，控制方式靈活。

　　A3972的功率驅動采用DMOS結構及高速SPWM開關模式，因此功耗極小，基本可不用散熱器，可降低成本(去除散熱器)和體積。

　　A3972還能提供完善的保護措施，其中包括抑制瞬態電壓、過熱保護、防止電流直通、欠電壓自鎖等功能。因此，A3972不失為一種高性能的串行控制步進電機微步距驅動器。

　　系統硬件設計

　　本步進電機驅動模塊的設計是應用于本研究所研發的自動收發卡機的收發卡機構。根據使用需求，整體系統的硬件設計，大致可以分為控制部分、驅動部分、切換部分及電源部分。

　　如圖1所示，系統主要由控制、驅動、切換及電源四部分組成。