基于单片机的步进电机细分驱动控制系统

摘要:为了使步进电机的定位更为准确，以高速、高性能C8051F005单片机为核心，结合步进电
机驱动芯片L297/298，设计出步进电机的斩波恒流细分驱动控制系统。实际运行表明，步进电机
运行稳定，具有步距角小、转矩恒定、功耗低等优点，提高了定位准确度，达到精密控制的目的。
关键词:混合式步进电机;C8051F005;细分驱动;L297/298

                  Control system of fine drive for step motor based on SCM
                            LI Zhi-qiang, ZHOU Jie，REN Shengjie
          (College of Electrical Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhon 450007，China)
Abstract: For the higher precession of step motor, with high speed and performance microprocessor C8051 F005 as the ker-
nel, combining with blending step motor driving chip L297/298，the driving control system of step motor of switch-mode
and constant current was designed. The experiment shows that the control system runs stably with the merit of little stepping
angle unvaried torque and low power consumption and has the higher precision in the running of step motor.
Key words: blending step motor; C8051F005;fine driving; L297/298
0前言
    步进电机作为数字式执行元件，相当子一个将
电脉信号转换成角位移的机电式数/模转换器，步进
电机具有结构简单，成本低，易于控制，无累计误差
和计算机接口方便等优点，被广泛应用于各种自动
化控制系统中，但传统的驱动电路存在许多不足之
处，如低频振荡、易发热等缺点、噪声大、步距角较
大、分辨率低等，往往满足不了工业上的精确定位和
大扭矩控制[l，，〕。
    本研究主要介绍了基于高速单片机的步进电机
细分驱动控制系统的设计。
1步进电机的恒流细分驱动原理
    步进电机在每次输入脉冲切换时，只改变相应
绕组中的额定电流的一部分，而不是将绕组电流全
部通人(或关断)，则转子相应的每步转动原有步距
角的一部分，而额定电流分成多少次进行切换，转子
就以多少步完成一个原有的步距角，这样将步进电
机一个步距角细分成若干更小的步;同时在步进电
机电路中设置采样电阻，在绕组电流达到额定值时，
由于采样电阻的反馈作用，通过比较器使电源电压
工作在关断状态，形成在额定值附近内的波动。在
这样电路中供给步进电机的是一系列的PWM电压
窄脉冲，总的系列的PWM电压脉冲，从而使绕组电
流保持输人能量是各脉冲时间的电压与电流乘积的
积分，电源供给的能量大幅度下降，降低了发热量，
具有很高的效率。斩波恒流电路中，采用高电压驱
动，电机绕组回路不串联电阻，这样电流上升的速度
会很快

    L297适用于双极性两相步进电机或单极性四相
步进电机的控制，它由两个PWM斩波器来控制相绕
组电流，实现恒流斩波控制以获得良好的转矩一频率
特性，每个斩波器由一个比较器、一个RS触发器和外
接采样电阻组成，并设有一个公用振荡器，向两个斩
波器提供触发脉冲信号，如图1所示，频率f是由外