步進電機在打印機驅(qū)動器的應(yīng)用

　　步進電機廣泛應(yīng)用于對精度要求比較高的運動控制系統(tǒng)中，如機器人、打印機、軟盤驅(qū)動器、繪圖儀、機械閥門控制器等。目前，對步進電機http://bbsic.big-bit.com/的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。分散器件組成的環(huán)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(huán)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(huán)形脈沖分配器集成度高、可靠性好，但其適應(yīng)性受到限制，同時開發(fā)周期長、需求費用較高。

　　步進電機控制

　　步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)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(yīng)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(qū)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(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)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(huán)形分配器。

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

　　*控制步進電機的速度—如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)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(fā)起來很方便。它內(nèi)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(yīng)用系統(tǒng)的性價比。主要特性為：高性能的RISC結(jié)構(gòu)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(shè)置I/O，2路比較輸出/PWM輸出，16位定時器/計數(shù)器，內(nèi)置上電復(fù)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(diào)制電流輸出的電機驅(qū)動芯片。主要特性為：最大1。5A的最大驅(qū)動電流，最高50V的供電電壓，帶有過熱自動關(guān)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(shù)，最多8細分。

　　硬件設(shè)計

　　通常步進電機的脈沖控制是由邏輯電路或?qū)Ｓ眯酒瑢崿F(xiàn)的脈沖環(huán)形分配的，因A3955不自帶環(huán)形分配功能，本設(shè)計采用兩片A3955驅(qū)動步進電機的兩個線圈，來實現(xiàn)脈沖環(huán)形分配的實現(xiàn)。

　　本設(shè)計采用脈沖加方向的步進電機控制方式，應(yīng)用于驅(qū)動二相或四相混合式步進電機。電機的出線方式不同，與驅(qū)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(qū)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(qū)動器相連(見圖1)。

　　圖1二相四根線電機與驅(qū)動器連接

　　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(qū)動器的設(shè)計為CLK信號為上升沿有效，要求CLK信號的驅(qū)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(zhuǎn)方向。此端為高電平時，電機逆時針方向轉(zhuǎn)，此端為低電平時，電機為順時針方向轉(zhuǎn)。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)。

　　圖2具體硬件電路圖

　　軟件設(shè)計

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

　　MAINCLRFPORTA

　　BSFSTATUS，5

　　MOVLW0x07;整步

　　MOVWFADCON1

　　MOVLW0X06;半步

　　MOVWFOPTIONREG

　　MOVLW0x04;四細分

　　MOVWFTRISA

　　CLRFPORTB

　　BSFSTATUS，5

　　MOVLW0X00;八細分

　　MOVWFTRISB

　　BCFSTATUS，5

　　MOVWFTMR0

　　TESTBTFSSPORTA，0

　　GOTOCW;正轉(zhuǎn)

　　BTFSCPORTA，0

　　GOTOCCW;反轉(zhuǎn)

　　INTMOVLW0XFF;中斷接收脈沖

　　MOVWFTMR0

　　BCFINTCON，2

　　RETFIE

　　結(jié)語

　　采用此設(shè)計的八細分步進電機驅(qū)動器，在驅(qū)動二相或四相混合式步進電機時運動平穩(wěn)，速度快，噪音低，控制精高，而且專用芯片細分數(shù)可選。在外觀采用鋁鎂合金，散熱性好，價格低廉，可廣泛應(yīng)用于需要驅(qū)動電流小于1。5A的混合式兩相或四相步進電機的系統(tǒng)中。