基于L297/L298芯片步進電機的單片機控制
1 引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/172997.htm步進電動機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的精密執(zhí)行元件,由于步進電機具有控制方便、體積小等特點,所以在數(shù)控系統(tǒng)、自動生產線、自動化儀表、繪圖機和計算機外圍設備中得到廣泛應用。微電子學的迅速發(fā)展和微型計算機的普及與應用,為步進電動機的應用開辟了廣闊前景,使得以往用硬件電路構成的龐大復雜的控制器得以用軟件實現(xiàn),既降低了硬件成本又提高了控制的靈活性,可靠性及多功能性。市場上有很多現(xiàn)成的步進電機控制機構,但價格都偏高。應用SGS公司推出的L297和L298兩芯片可方便的組成步進電機驅動器,并結合AT89C52單片機進行控制,即可以實現(xiàn)用相對便宜的價格組成一個性能不錯的步進電機驅動電路。
2 工作原理
由于步進電機是一種將電脈沖信號轉換成直線或角位移的執(zhí)行元件,它不能直接接到交直流電源上,而必須使用專用設備-步進電機控制驅動器 典型步進電機控制系統(tǒng)如圖1所示:控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾十千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號,它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后,經過功率放大器的放大加到步進電機驅動電源的各項輸人端,以驅動步進電機的轉動。環(huán)形分配器主要有兩大類:一類是用計算機軟件設計的方法實現(xiàn)環(huán)分器要求的功能,通常稱軟環(huán)形分配器。另一類是用硬件構成的環(huán)形分配器,通常稱為硬環(huán)形分配器。功率放大器主要對環(huán)形分配器的較小輸出信號進行放大。以達到驅動步進電機目的。
圖1 典型步進電機控制框圖
3 硬件組成
文中所控制的步進電機是四相單極式35BY48HJ120減速步進電動機。本文所設計的步進電機控制驅動器的框圖如圖2所示。它由AT89C52單片機、光電耦和器、集成芯片L297和L298組成。AT89C52是美國ATMEL的低電壓、高性能8位CMOS單片機。片內置8K字節(jié)可重復擦寫的Flash閃速存儲器。256字節(jié)RAM。3個16位定時器??删幊檀蠻ART通道。對完成步進電機的簡單控制已足以勝任。
圖2 本文提出的步進電機控制驅動器框圖
L297是步進電動機控制器(包括環(huán)形分配器)。L298是雙H橋式驅動器。它們所組成的微處理器至雙橋式步進電動機的接口如圖3所示。這種方式結合的優(yōu)點是,需要的元件很少。從而使得裝配成本低,可靠性高和占空間少。并且通過軟件開發(fā)??梢院喕蜏p輕微型計算機的負擔。另外,L297和L298都是獨立的芯片。所以應用是十分靈活的。
L297芯片是一種硬件環(huán)分集成芯片。它可產生四相驅動信號,用于計算機控制的兩相雙極或四相單極步進電機 它的心臟部分是一組譯碼器它能產生各種所需的相序。這一部分是由兩種輸入模式控制,方向控制(CW/CCW) 和HALF/FULL 以及步進式時鐘CLOCK.它將譯碼器從一階梯推進至另一階梯。譯碼器有四個輸出點連接到輸出邏輯部分,提供抑制和斬波功能所需的相序。因此L297能產生三種相序信號,對應于三種不同的工作方式:即半步方式(HALF STEP);基本步距(FULL STEP,整步)一相激勵方式;基本步距兩相激勵方式。脈沖分配器內部是一個3bit可逆計數(shù)器,加上一些組合邏輯。產生每周期8步格雷碼時序信號,這也就是半步工作方式的時序信號。此時HALF/FULL信號為高電。若HALF/FULL取低電平,得到基本步距工作方式。即雙四拍全階梯工作方式。
L297另一個重要組成是由兩個PWM 斬波器來控制相繞組電流,實現(xiàn)恒流斬波控制以獲得良好的矩頻特性。每個斬波器由一個比較器、一個RS觸發(fā)器和外接采樣電阻組成,并設有一個公用振蕩器,向兩個斬波器提供觸發(fā)脈沖信號。圖3中,頻率f是由外接16腳的RC網(wǎng)絡決定的, 當R》10kΩ 時,f=1/0.69RC。當時鐘振蕩器脈沖使觸發(fā)器置1,電機繞組相電流上升,采樣電阻的R 上電壓上升到基準電壓Uref時,比較器翻轉,使觸發(fā)器復位,功率晶體管關斷,電流下降,等待下一個振蕩脈沖的到來。這樣,觸發(fā)器輸出的是恒頻PWM信號,調制L297的輸出信號,繞組相電流峰值由Uref確定。L297的CONTROL端的輸入決定斬波器對相位線A、B、C、D或抑制線INH1和INH2起作用。CONTROL為高電平時,對A、B、C、D有控制作用;而為低電平時,則對INH1和INH2起控制作用,從而可對電動機轉向和轉矩進行控制。
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