步进电机驱动设计

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随着数字化技术发展，数字控制技术得到广泛应用。作为将数字信号转化为角位移、线位移的控制驱动元件，步进电机以其系统结构简单、价格低廉，能满足大部分工业控制、医疗器件、摄像数码、计算机外围设备等实际需求。

典型的步进电机控制系统，由控制器发出脉冲信号，为环形分配器提供脉冲序列，经过功率放大器放大加载到驱动电源的各项输入端，最终以驱动步进电机的转动。

步进电机控制系统组成原理

今天就给大家讲讲步进电机驱动电路的设计，以具体应用作为例子。

01

小功率4相步进电机的驱动

下面是一种驱动电路框图：

达林顿管阵列ULN2803分别从锁存器取出第0,2,4,6位和1,3,5,7位去驱动两个步进电机。四相步进电机的通电顺序可以有几种：A,B,C,D(4相4拍)；AB,BC,CD,DA(4相双4拍)；A,AB,B,BC,C,CD,D,DA(4相8拍)。为了兼顾稳定性、转矩和功耗，一般采用4相8拍方式。所有这些方式都可以通过循环移位实现(也要有定期监控)，为了使4相8拍容易实现，锁存器与驱动部分采用了交叉连接。

步进电机工作在四相八拍模式（即正转的输入信号为1000→1100→0100→0110→0010→0011→0001→1001→1000），对应每个步进电机要有四个信号输入端，理论上向端口输出信号可以控制两个步进电机的工作。寄存器循环移位奇偶位分别作两个步进电机的驱动端的做法。

其思想如下：

LOOP：MOV A，#1110000B；在A寄存器中置入11100000

RR A；右移位

AJMP LOOP；循环右移位

这样在寄存器A中存储的值会有如下循环：11100000→01110000→00111000→00011100→00001110→00000111→10000011→11000001→11100000，其奇数位有如下循环：1000→1100→0100→0110→0010→0011→0001→1001→1000，其偶数位有如下循环1100→0100→0110→0010→0011→0001→1001→1000→1100。将A输出到P0端口，则奇数位和偶数位正是我们所需要的步进电机输入信号。

而事实上每个电机的动作是不同的，为此我们在RAM中为每个电机开辟一个byte的状态字节用以循环移位。在每一个电机周期里，根据需要对每个电机的byte进行移位，并用ANL指令将两个电机的状态合成到一个字节里输出，此时的A同时可以控制两个电机了。

步进电机的速度由驱动脉冲的频率决定，移位的周期不同，电机的速度也就不同了。前面提到的电机周期，应该取各种可能的周期的最大公约数。换句话说，一旦电机周期取定，每个电机移位的周期应该是它的倍数。在程序中，对每个电机的相应时刻设定相应的分频比值，同时用一个变量进行加一计数：每到一个电机周期若计数变量<分频比值，则计数变量加1；若相等，则移位，计数变量清零。这样就实现了分频调速，可以让多个电机同时以不同的速度运转。

另外，也可以采用传统的查表方式进行驱动，程序稍长，但也比较稳定，这种方法非常适合三相步进电机。

02

步进电机的智能驱动方案

步进电机有可以精确控制的优点，但是功耗大，效率低，力矩小。如果选用大功率步进电机，为了降低功耗，可以采取PWM恒流控制的方法。基本思路是，用带反馈的高频PWM根据输出功率的要求对每相恒流驱动，总体电流顺序又符合转动顺序。需要力矩小的时候应及时减小电流，以降低功耗。该方案实现的电路，可以采用独立的单片机或CPLD加场效应管驱动电路以及电流采样反馈电路。