引言

步進電機廣泛應用于對精度要求比較高的運動控制系統中，如機器人、打印機、軟盤驅動器、繪圖儀、機械閥門控制器等。目前，對步進電機的控制主要有由分散器件組成的環形脈沖分配器、軟件環形脈沖分配器、專用集成芯片環形脈沖分配器等。分散器件組成的環形脈沖分配器體積比較大，同時由于分散器件的延時，其可靠性大大降低；軟件環形分配器要占用主機的運行時間，降低了速度；專用集成芯片環形脈沖分配器集成度高、可靠性好，但其適應性受到限制，同時開發周期長、需求費用較高。

步進電機控制

步進電機是數字控制電機，它將脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度，因此非常適合于單片機控制。步進電機可分為反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）和混合式步進電機（HB）。 步進電機區別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。步進電機的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由單片機產生。其基本控制如下：

*控制換相順序—通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：混合式步進電機的工作方式，其各相通電順序為A-B-C-D，通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A，B，C，D相的通斷，這就是所謂脈沖環形分配器。

*控制步進電機的轉向—如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉，如果按反序通電換相，則電機就反轉。

*控制步進電機的速度—如果給步進電機發一個控制脈沖，它就轉一步，再發一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。

PIC16C621A和A3955

PIC16C621A是美國Microchip公司推出的一種性價比很高的8位單片機。它價格低、封裝小、采用CMOS工藝，具有OTP型，開發起來很方便。它內含4路8位高速ADC，將它擴展到11位后，可以大大提高單片機應用系統的性價比。主要特性為：高性能的RISC結構CPU，精簡的指定集。指令周期時間為200nS。八級硬件堆棧，直接，間接，相對三種尋址方式。雙向可編程設置I/O，2路比較輸出/PWM輸出，16位定時器/計數器，內置上電復位電路，程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝。A3955是美國Allegro公司推出的一款性價比很高的脈寬調制電流輸出的電機驅動芯片。主要特性為：最大1.5A的最大驅動電流，最高50V的供電電壓，帶有過熱自動關斷保護電路，欠電壓鎖定（UVLO）保護，輸出抗浪涌的瞬間保護功能，自帶PWM 電流控制，3位的線性DAC，帶細分控制，不同組合不同的細分數，最多8細分。

硬件設計

通常步進電機的脈沖控制是由邏輯電路或專用芯片實現的脈沖環形分配的，因A3955不自帶環形分配功能，本設計采用兩片A3955驅動步進電機的兩個線圈，來實現脈沖環形分配的實現。

本設計采用脈沖加方向的步進電機控制方式，應用于驅動二相或四相混合式步進電機。電機的出線方式不同，與驅動器的連接也不同，一般有以下幾種方式：

*對于二相四根線電機，可以直接和驅動器相連（見圖1）；

*對于四相六根線電機，中間抽頭的二根線懸空不接，其它四根線和驅動器相連（見圖1）。

具體硬件如圖2，CLK 為外部脈沖輸入端，DIR為外部方向輸入端，步進脈沖信號CLK用于控制步進電機的位置和速度，本驅動器的設計為CLK信號為上升沿有效，要求CLK信號的驅動電流為8-15mA，對CLK的脈沖寬度也有一定的要求，一般不小于5mS。方向電平信號DIR用于控制步進電機的旋轉方向。此端為高電平時，電機逆時針方向轉，此端為低電平時，電機為順時針方向轉。CLK和DIR信號默認幅值為5V，如果不是5V則須外部另加限流電阻R，如信號幅度為12V時，加680W的電阻。MS0，MS1，MS2 為細分輸入端，最多為8細分（見表1）。

軟件設計

為了防止程序進入到非程序區，在非程序區設置攔截措施，使程序進入陷阱，然后強迫程序回到初始狀態，從而保護程序的正常運行。程序設計首先判斷細分數，其次判斷方向信號DIR，最后判斷脈沖信號CLK，當沒有脈沖信號時，程序進入休眠狀態，隨時準備接收中斷來的信號，進入程序區，根據判斷的細分數和方向信號進行電機的驅動。代碼如下：

MAIN CLRF PORTA

BSF STATUS，5

MOVLW 0x07 ；整步

MOVWF ADCON1

MOVLW 0X06 ；半步

MOVWF OPTIONREG

MOVLW 0x04 ；四細分

MOVWF TRISA

CLRF PORTB

BSF STATUS，5

MOVLW 0X00 ；八細分

MOVWF TRISB

BCF STATUS，5

MOVWF TMR0

TEST BTFSS PORTA，0

GOTO CW ；正轉

BTFSC PORTA，0

GOTO CCW ；反轉

INT MOVLW 0XFF ；中斷接收脈沖

MOVWF TMR0

BCF INTCON，2

RETFIE

結語

采用此設計的八細分步進電機驅動器，在驅動二相或四相混合式步進電機時運動平穩，速度快，噪音低，控制精高，而且專用芯片細分數可選。在外觀采用鋁鎂合金，散熱性好，價格低廉，可廣泛應用于需要驅動電流小于1.5Ａ的混合式兩相或四相步進電機的系統中。

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