1 步進(jìn)電機(jī)的控制原理

　　步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合對數(shù)字系統(tǒng)的控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(簡稱“VR”)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(簡稱“PM”)和混合式步進(jìn)電機(jī)(簡稱“HB”)。

　　步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的****特點(diǎn)是，通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。

　　步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由各類控制器來產(chǎn)生。其基本原理作用如下：

　　①控制換相順序，通電換相。這一過程稱為“脈沖分配”。例如：四相步進(jìn)電機(jī)的單四拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C-D。通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A、B、C、D相的通斷，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。如果給定工作方式正序換相通電，則步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；如果按反序換相通電，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。

　　②控制步進(jìn)電機(jī)的速度。如果給步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整控制器發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

　　2 控制器的總體設(shè)計(jì)

　　控制器的外部接口電路如圖1所示。各引腳的功能如下：

　　控制器的內(nèi)部原理框圖如圖2所示，由命令字寄存器(Cmd_reg)、分頻系數(shù)備份寄存器(fdiv_back)、分頻器、相位輸出狀態(tài)機(jī)組成。

　　其中命令字寄存器Cmd_reg組成如下(對應(yīng)的地址為“00”)：

　　X未用位。

　　Ini對控制器初始化為1時有效。當(dāng)該位為1時，備份寄存器的數(shù)據(jù)直接裝入分頻器的寄存器reg_data[15～0]，裝入后由硬件自動置O。

　　Newr當(dāng)對正在運(yùn)行的控制器寫入新的分頻系數(shù)時，對該位置1；當(dāng)下一個分頻器輸出的clkout時鐘來到時，將fdiv_back寫入到reg_data[15～0]中，分頻器便按新的分頻系數(shù)進(jìn)行分頻。

　　Manner[1～0] 電動機(jī)的驅(qū)動方式，用來控制相位輸出狀態(tài)機(jī)的輸出，“00”表示單四拍方式，四相位輸出為(A-B-C-D)；“Ol”表示雙四拍，四相位輸出為(ABBC-CD-DA)，八拍(A-AB-B-BC-C-CD-DDA)。

　　分頻系數(shù)備份寄存器(fdiv_back) 兩字節(jié)寄存器，reg_data[15～0]為分頻器的一個16位寄存器，接收fdiv_back的值，對系統(tǒng)的分頻為2～65536。對于12MHz的輸入頻率，分頻后頻率為6MHz～183Hz，(本設(shè)計(jì)中，步進(jìn)電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距、加速度由使用者根據(jù)實(shí)際情況自己計(jì)算)分頻后每個clkout走一個步距角。對于步距角為1．8°的電機(jī)，可以滿足各種速度的要求。

3 分頻器的設(shè)計(jì)

　　分頻器是該控制器實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，在這里作為一個獨(dú)立的模塊，data[15～0]為分頻系數(shù)。系統(tǒng)時鐘Clk被分頻系數(shù)寄存器中值分頻后，輸出Clkout作為相位輸出狀態(tài)機(jī)的時鐘，每個Clkout到來時，產(chǎn)生一次相位轉(zhuǎn)換，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一個步距角。分頻器的程序如下：

　　圖3所示為3分頻時單四拍的輸出仿真圖