CN202395716U - 一种步进电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种步进电机驱动电路，包括处理器和电机驱动器，其特征在于：处理器为单片机，通过UART和外部系统进行通讯，通过IO口驱动芯片、控制电机转轴正转或反转并为驱动芯片提供时钟信号。通过细分驱动技术，提高了步进电机的精度，克服了步进电机的小型化问题。

Description

一种步进电机驱动电路

技术领域

本发明涉及一种电机驱动电路，尤其是一种步进电机驱动电路。 

背景技术

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或鲜为宜的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，他的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。当前所采用的技术方案，一般使用矩形脉冲给步进电机供电的方法，导致电机在运行时存在低频振荡，且定位精度不高，驱动电路体积过大。 

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有高精度和小型化特点的步进电机驱动电路。 

本方案采用电流矢量恒幅均匀旋转的细分方法，对于两相混合式步进电机，通过控制两相绕组的相电流，使得电流的合成矢量恒幅均匀旋转，从而使电机的转矩矢量在空间恒幅均匀旋转，达到细分步进电机步距角的目的。 

对于两相混合式步进电机，通过给A、B两相绕组供给正余弦电流，就可以实现电流的合成矢量恒幅均匀旋转。绕组电流变化曲线为： 

$\left.\begin{array}{c}{i}_a=i_M\cos x\\ i_b=i_M\sin x\end{array}\right\}---\left(1\right)$

式中：i_a——为A相绕组电流； 

      i_b——为B相绕组电流； 

      i_M——为绕组峰值电流； 

      x——为角度参数。 

当x变化90°时，步进电机旋转一个整步距角，将90°的变化量均匀细分，细分数越多，则分辨率越高。从理论上讲，如果绕组中电流与理论控制电流相等，并且绕组中电流与磁场幅值成线性关系，则精度可以精确达到整步距角除以细分数。但在工程实际中，系统由于噪声干扰，控制电流精度不可能达到很高，并且由于绕组电流与磁场幅值的非线性，导致电机的细分步距角与理论值有一定的误差，需要在理论数据的基础上，进行实验修正，从而使设计尽可能达到理论精度。 

为实现步进电机的细分驱动，需要实现式(1)所示的电流函数波形。对驱动器而言，对电机绕组电流的控制是采用给定参考电压实现的。而参考电压的输出可以采用单片机的D/A通道输出，则电机绕组的正余弦电流可以根据细分数量化为D/A电压数据，采用查表法输出。这些功能都能通过对单片机进行编程实现。一般情况下，对步进电机驱动细分数采用64细分即可以满足要求。因此，对式(1)进行转换如下： 

$\left.\begin{array}{c}{i}_a=U_M\cos (n*\mathrm{\π}/128)/R\\ i_b=U_M\sin (n*\mathrm{\π}/128)/R\end{array}\right\}---\left(2\right)$

式中：i_a——为A相绕组电流； 

      i_b——为B相绕组电流； 

      U_M——为参考峰值电压； 

R——为取样电阻阻值； 

n——为微步数，0～255。 

按式(2)得到D/A量化数据。在单片机程序的编制中，存储该量化数据为常数表，并维持一个全局循环计数变量，变量从0～255之间循环取数，每次计数变量加1，则驱动步进电机旋转1个微步。计数变量完成0～255的循环，则步进电机完成4拍，即步进电机旋转4个整步距角。如果两相混合式步进电机整步距角为1.8°，则步进电机旋转1个微步，其转轴旋转1.8°/64＝1.6875′，即理论上角度控制精度可以达到1.6875′。 

一种步进电机驱动电路，包括处理器和电机驱动器，处理器为单片机，通过UART和外部系统进行通讯，通过IO口驱动芯片、控制电机转轴正转或反转并为驱动芯片提供时钟信号。 

电机驱动器的驱动芯片采用L6208芯片。作为处理器使用的单片机为C8051F124单片机。 

本发明通过细分驱动技术，提高了步进电机的精度，克服了步进电机的小型化问题。 

附图说明

图1为本方案的信息处理与控制电路图； 

图2为本方案的电机驱动电路图； 

具体实施方式

以下通过实例形式，对本方案的内容作进一步详细说明，但不应就此理解为本方案所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本方案上述技术思想 情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本方案的范围内。 

图1是信息处理与控制电路图，本方案采用单片机作为处理器，采用的单片机为C8051F124，电路接法如说明书附图所示，其中ADC0和ADC1进行步进电机驱动细分控制量输出，连接步进电机驱动芯片L6208，RST引脚接RC复位电路，lo0输出时钟信号，lo1输出电机驱动使能，lo2输出复位信号，lo3输出控制电机转轴正转/反转信号，AIN7输入采样电阻两端电压采样信号，AIN8输入温度采集信号。其的功能为：①通过UART和外部系统进行通讯；②使用自带的AD采集环境温度和电机的工作电流(通过采集驱动芯片外接的采样电阻电压实现)；③存储两相正交细分电流表并通过两路DA按序输出给驱动芯片以实现步进电机的细分控制；④通过IO口使能驱动芯片、控制电机转轴正转或反转并为驱动芯片提供时钟。 

图2是本方案的电机驱动电路图，驱动芯片采用两相步进电机驱动器L6208，VSA与VSB连接C8051F124芯片的细分控制量输出信号，即两相电平逻辑输入，VREFA输入A相参考电平，VREFB输入B相参考电平，OUT1A和OUT2A为A相电平的输出信号，OUT1B和OUT2B为B相电平输出信号。其主要功能为向步进电机提供两相细分控制电平使电机第次转动一个微步从而达到比样高的定位精度。 

Claims (3)

1.一种步进电机驱动电路，包括处理器和电机驱动器，其特征在于：处理器为单片机，通过UART和外部系统进行通讯，通过IO口驱动芯片、控制电机转轴正转或反转并为驱动芯片提供时钟信号。

2.如权利要求1所述的步进电机驱动电路，其特征在于：电机驱动器的驱动芯片采用L6208芯片。

3.如权利要求1所述的步进电机驱动电路，其特征在于：作为处理器使用的单片机为C8051F124单片机。 

Images