基于單片機的儀表步進電機的細分控制原理及應(yīng)用

使用該單片機具有PWM功能的PB1和PB2連接PWM_A和PWM_B，使用兩個普通引腳連接DIR_A和DIR_B即可實現(xiàn)對電機的控制。原理說明如下：電機的A、/A、B、/B分別對應(yīng)四輸入與門電路的3、6、8、11引腳。在DIR_A和DIR_B為低電平時，門電路的1、9引腳為0狀態(tài)，三極管Q3、Q4截止，門電路的4、12引腳由于上拉處于1狀態(tài)，這樣，與門電路的3、8輸出為0，即A、B為0;此時與門電路的6、11輸出與PWM_A和PWM_B保持一致，即/A、/B由PWM_A和PWM_B決定。在其他狀態(tài)下，也具有同類特點：A和/A之間、B和/B之間的通電極性由DIR_A和DIR_B決定;A和/A之間、B和/B之間的電流大小由PWM_A和PWM_B的占空比決定。而且只要三極管Q3、Q4工作正常，與門電路就不會出現(xiàn)邏輯混亂的情況。
　　配合硬件的設(shè)計，軟件上編寫了一個由64個數(shù)據(jù)組成的數(shù)組，分別對應(yīng)了0~90o正弦波幅度變化的8位數(shù)字量化值(以階梯波的方式模擬了64點正弦波抽樣)，每個值用來控制輸出波形占空比，實際上參與了電流矢量夾角轉(zhuǎn)動90o過程中其電流大小的計算。眾所周知，正弦、余弦波相位相差90o，在已知0~90o正弦波幅度變化表后，同樣可以得出90o~180o、180o~270o、270o~360o(0o)的正弦波、余弦波幅度變化表，所以通過0~90o正弦波幅度變化的8位數(shù)字量化表的演化，就可以在兩相八拍(二細分)的基礎(chǔ)上把電流矢量夾角分成四個象限，配合極性的控制，在每個象限中把A或/A的正弦波和B或/B的余弦波作8種組合，在每種組合中完成電流大小的變化，最終作到兩相64拍(16細分)的控制。而且，最巧妙的一點就在于：通過選擇64個數(shù)據(jù)對應(yīng)每90o范圍的正弦波的64個點，就可以用一個字節(jié)的大小來作為區(qū)分4個象限的標志，便于對正、余弦的角度進行演化，即0~63對應(yīng)0~90o，64~127對應(yīng)90o~180o，128~191對應(yīng)180o~270o，192~255對應(yīng)270o~360o。
　　由于儀表指針從當前角指向目標角時，變化量會有不同。為保證指針響應(yīng)靈敏、無抖動，必須在正、反轉(zhuǎn)時考慮加、減速控制。程序中，可以根據(jù)變化量的大小和正負設(shè)定幾個控制區(qū)間，分別寫入不同的延時參數(shù)，根據(jù)此延時參數(shù)來控制電流大小、方向(改變PWM_A和PWM_B、DIR_A和DIR_B)變化時間，就達到了加、減速的控制的目的。

　　結(jié)語
　　通過雙PWM方式控制兩相步進電機，既達到了高精度細分的目的，又在硬件成本上得到了優(yōu)化。在現(xiàn)有電路的后級增加功率驅(qū)動電路并作程序的少量修改，就可以做成高精度、多細分步進電機驅(qū)動器。