专用芯片的步进电机步距角i11分控制

摘要 自动控制系统的综合性能在很大程度上取决于步进电机的精确度，细分技术可以显著改善步进电机的距角精度。利用细分算法控制AT89C51单片机输出具有一定时序的方波控制信号，经过TA8435芯片处理后输出相应的阶梯波来实现对步进电机的细分控制。本文重点就TA8435芯片的使用与控制进行详细介绍。
关键词 步进电机 TA8435 AT89C51 步距角细分 步进电机

引 言
步进电机是控制执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。步进电机将电脉冲信号转换成相应角位移或线性位移的驱动装置，其转动速度和脉冲频率能严格同步，具有较高的重复定位精度，且没有累积误差。步进电机的驱动是由驱动电路实现的，驱动电路和步进电机构成一个有机整体。
步进电动机具有结构简单、可靠性高和成本低的优点，但同时也存在振荡、失步以及精度不够的问题，从而制约了在高精确度自动控制系统中的应用，如雕刻机、打印机、硬盘驱动器、绘图仪、钻孑L机等。采用细分控制可以很好地提高精度，因此对基于单片机控制的步进电机步距角细分系统进行设计与研究有着实际的意义。

1 原理与方案
1．1 细分原理
细分控制本质上是对步进电机的励磁绕组中的电流进行控制，使内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场。合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量的夹角大小决定了该步距角的大小。
细分就是将输入脉冲从原来的电流方波细分成以若干个等幅、等宽上升和下降的电流阶梯波。电流波形有多少个台阶，转子就会以同样的个数转过一个步距角。
这种将1个步距角细分成若干步的驱动方法称为“细分驱动”。
细分驱动的特点是，可以在不改变电机结构参数的情况下，使步距角减小、提高精度；同时能使步进电机运行平稳，提高匀速性，此外，还能减弱或消除振荡。
1．2 细分方案
如采用DSP的软件细分方式，具有编程的灵活性、细分的成本低、效率高的优点，但单一的软件细分在精度与速度兼顾上会有矛盾。细分的步数越多，精度越高，但步进电机的转动速度却会降低；要提高转动速度，细分的步数就得减少。
如采用FPGA的全数字化控制方式，工作过程为PwM的输出经过驱动模块控制电机的绕组电流。电机的绕组电流被采样后变成电压信号输入到电流传感器，传感器输出占空比变化的PWM波输入到FPGA中，FPGA根据输入的PWM波的占空比的值确定反馈电流的大小；但这种方式存在功耗高，成本高的缺点。
如采用脉冲调制单片机细分控制方式，单电感磁环片机按控制要求输出驱动脉冲，经过TA8435集成芯片放大调制，形成的阶梯波对电机进行细分控制。由于单片机细分控制在精度与速度上不存在矛盾，两者可以单独运行，而且单片机成本低，结构简单，可以实现步距角的细分，提高步距角细分的精确性，所以单片机细分控制是比较理想的低成本细分方案。

2 系统设计
为便于实验调试以及系统的设置与监控，系统主要由步进电机、AT89CC51单片机、TA8435步进电机细分芯片、LED显示模块、波形显示模块、按键等几部分构成，如图1所示。从功能上又可分为方波与阶梯波两部分。

2．1 方波部分
AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS 8位单片机，具有8 KB可编程Flash存储器，在外围电路配合下输出对应的需要步进电机动作电感厂家的方波。脉冲的个数和频率直接对旋转角度和转动速度进行控制，按键与显示模块可以方便地设置和监控。
2．2 阶梯波部分
TA8435是产生阶梯波的核心芯片，波形显示模块可以直观显差模电感器示阶梯波形。
(1)TA8435的特点
TA8435是东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片，具有以下特点：
①工作电压范围宽(10～40 V)；
②输出电流可达1．5 A(平均)和2．5 A(峰值)；
③具有整步、半步、1／4细分、1／8细分运行方式供选择；
④采用脉宽调试式斩波驱动方式；
⑤具有正／反转控制功能；
⑥带有复位和使能引脚；
⑦可选择使绕行电感用单时钟输入或双时钟输入。
(2)TA8435的内部结构

大电流电感

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