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一．方案论证
方案一：
由单片机编程产生并分配环形脉冲，
由分散元件构成功率放大电路，
< br>信号经其
放大后驱动步进电机。设计方框图如图
J.1<
/p>
所示。
MCU
放大电路
步进电机
图
J.1
方案一
该
方案由单片机作为脉冲产生模块以及脉冲分配模块，经编程后从单片机输出已经分
配的环
形脉冲，
经一些分散元件构成的放大电路放大后驱动步进电机。
此方案结构简单易行，
驱动电机所需要的控制信号直接由软件实现。
由分散元件构成的放大电路实现简单，
而且所
需元件常见，
价格便宜，
节约成本。
但是该设计在步
进电机在低频工作时，
振动大、
噪声大。
另外占用单片机资源较多，
编程复杂，
而且不能实现对脉冲实
现细分，
达到对步进电机的精
确控制。
方案二：由单片机产生脉冲，经
L298N
芯片进行脉冲分配和功率放大后，将脉冲信号
输入步进电机进行驱动。设计方案如图
J.2
所示。
MCU
L298N
步进电机
图
J.2
方案二
L298N
< br>可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可直接通过电源来调节输
出电
压，直接用单片机的
I/O
口提供信号。
但是其电路较为复杂，调试相对繁琐，最大只能
1/4
细分，
低速运行震动噪音较大。
方案三：
由单片机产生脉冲，
经
TA8435H
专用芯片进行脉冲分配和功率放大后，
将脉
冲信号输入步进电机进行驱动。设计方案如图
J.3
所示。
MCU
TA8435H
步进电机
图
J.3
方案三
使用细分方式，
能很好的解决步进电机在低频工作时，振动大、噪声大的问题。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
距角的细分。
跟用
L298N
比较：调
试简单，最大
1/8
细分，低速运行震动噪音小；而且简化了电
路。
通过综合比较为达到最佳
驱动效果，选择
TA8435H
芯片驱动步进电机。
二
.
理论分析与计算<
/p>
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
°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
°，旋转一周，则需要
2OO
个
脉冲。
在半步方式下，
步
进电机每接收一个脉冲，
旋转
0
．
9
°，
旋转一周脉冲数
:
N=2
π
/
< br>0
．
9
°
=400
< br>旋转一周，
则需要
4OO
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。
以四相六线制电进电机为例，
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。
在图
J.3
中，第一个
CK
时钟周期时，解码器打开桥式驱动电路，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
< br>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应
为
第
2
阶段的电压，因此，流经步进电机线圈的电流从第
l
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<
/p>
TA8435
的工作原理与第
1
、
2
是一样的，
只是又
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。
图
J.3
TA8435H
细分原理
3.
硬件电路设计
< br>硬件电路如图
J.4
所示。
图中
引脚
M1
和
M2
决定电机的转动方式：
M1
＝
0
、
M2
＝
0
，电机
按整步方式运转；
M1
＝
1
、
M2
< br>＝
0
，电机按半步方式运转；
M
1
＝
0
、
M2
＝
1
，电机按
1/4
细分方
式运转；
M1
＝
1
、
M2
＝
1
，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。
REFI
N
为高
电平时，
NFA
和
NFB
的输出电压为
0.8
V
，
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：
I0
＝
< br>Vref/Rnf
。
图中，设
R
EFIN
＝
1
，选用步进电机额定电流
为
0.4A
，则
R1
< br>，
R2
选用
1.6
欧姆、
2W
的大功
率电阻，
EA
芯片片选信号低电平有效，
RES
ET
复位信号，高电平有效，
D4
－<
/p>
D6
快恢二极管
用来泄放绕组电流。
图
J.4
TA8435H
驱动电路
VC
C
J5J
R2
J
R3J
R4J
R5J
R6J
R7J
R8J
R9J<
/p>
R10
J
R1J
1k
C1J
470
< br>U
J1J
2
1
< br>D1
J
D2
J
< br>C4J
10u
U1
J
J2J
2
1
R13
J
clk
J3J
3<
/p>
2
1
cw/ccw
R14
J
330
enable
R15
J
330
U4
J
5
6
7
8
SW DIP-4
S1J
4
3
2
1
C5J
330
0P
U3
J
330
U2
J
VC
C
13
11
7
6
5
2
3
8
9
10
4
13
11
7
6
5
2
3
< br>8
9
10
15
< br>24
23
20
19
16
21
18
15
24
23
20
19
16
21
18
D3
J
D4
J
D5
J
D6
J
R1
1
J
R12
J
0.5
0.5
C2J
0.1
U
1k
1k
1k
4.7
k
4.7
k
4.7
k
4.7
< br>k
2k
22k
C6J
470
u
C3J
0.1<
/p>
u
1
2
J4J<
/p>
1
2
3
4
Dianji
1
7
4
TA8435H
1
7
< br>2
2
1
2
2
1
图
J.5
TA8435H
驱动电路
图
J.6
TA8435H
驱动电路顶层
PCB
图
图
J.7
TA8435H
驱动电路顶层丝印图
图
J.8
TA8435H
驱动电路底层丝印图
注：图见“步进电机驱动电路
1
”
程序清单：
/**********
**************TA8435
的步进电机驱动
*
****************************/
sbit
EN_L_Moter = P1^5;
sbit
CLK_L_Moter = P1^6;
sbit
CW_Moter = P1^7;
sbit EN_L_Moter = P0^2;
sbit CLK_L_Moter = P0^0;
sbit CW_Moter = P0^1;
//
电机
IO
口初始化
void
Init_IO_Moter ()
{
EN_L_Moter = 0;
CW_Moter=1;
//
正转
CLK_L_Moter=1;
}
void Back()//
后退
{
CW_Moter=0;//
反转
CLK_L_Moter=0;
delayms(1);
CLK_L_Moter=1;
delayms(9);
}
void GoOn()//
前进
{
CW_Moter=1;//
正转
CLK_L_Moter=0;
delayms(1);
CLK_L_Moter=1;
/
/
使能
L:
低电平有效
//
时钟
L:
低电平有效
//1:
正转
。
0
反转
//
使能
L:
低电平有效
//
时钟
L:
低电平有效
//1:<
/p>
正转。
0
反转