單片機與步進電機細分控制

1 步進電機

步進電動機是純粹的數字控制電動機，它將電脈沖信號轉變為角位移，即給一個脈沖，步進電機就轉一個角度，因此非常合適單片機控制，在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，電機則轉過一個步距角，同時步進電機只有周期性的無累積誤差，精度高。

步進電動機有如下特點：

1）步進電動機的角位移與輸入脈沖數嚴格成正比。因此，當它轉一圈后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。

2）由步進電動機與驅動電路組成的開環數控系統，既簡單、廉價，又非常可靠，同時，它也可以與角度反饋環節組成高性能的閉環數控系統。

3）步進電動機的動態響應快，易于啟停、正反轉及變速。

4）速度可在相當寬的范圍內平穩調整，低速下仍能獲得較大轉距，因此一般可以不用減速器而直接驅動負載。

5）步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，不能直接使用交流電源和直流電源。

6）步進電機存在振蕩和失步現象，必須對控制系統和機械負載采取相應措施。

步進電機具有和機械結構簡單的優點，圖1是四相六線制步進電機原理圖，這類步進電機既可作為四相電機使用，也可以做為兩相電機使用，使用靈活，因此應用廣泛。

步進電機有兩種工作方式：整步方式和半步方式。以步進角1.8度四相混合式步進電機為例，在整步方式下，步進電機每接收一個脈沖，旋轉1.8度，旋轉一周，則需要200個脈沖，在半步方式下，步進電機每接收一個脈沖，旋轉0.9度，旋轉一周，則需要400個脈沖。控制步進電機旋轉必須按一定時序對步進電機引線輸入脈沖，以上述四相六線制步進電機為例，其半步工作方式和整步工作方式的控制時序如表1和表2所列。

步進電機在低頻工作時，會有振動大、噪聲大的缺點。如果使用細分方式，就能很好的解決這個問題，步進電機的細分控制，從本質上講是通過對步進電機勵磁繞組中電流的控制，使步進電機內部的合成磁場為均勻的圓形旋轉磁場，從而實現步進電機步距角的細分，一般情況下，合成磁場矢量的幅值決定了步進電機旋轉力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小，步進電機半步工作方式就蘊涵了細分的工作原理。

實現細分方式有多種方法，最常用的是脈寬調制式斬波驅動方式，大多數專用的步進電機驅動芯片都采用這種驅動方式，TA8435就是其中一種芯片。