二相混合式步进电机驱动控制系统设计
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万方数据
《电机与控制应用》２００６，３３（１０）
笼型异步电机转子断条故障的有限元分析
断条根数增加，定子电流脉动加剧，边频分量幅值 变大。
［５］ＤＥＬＥＲ０１ ｗ．Ｂｒｏｋｅｌｌｂａｒ ｉｎ ｓｑｕｉｒｒｅｌ ｃａｇｅ ｒｏｔｏｒ ｏｆ ａｎ ｉｎｄｕｃｔｉ。ｎ ｍ。ｔ。ｒ·Ｐａｒｔｌ：Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｂｙ ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ
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孑步电动机内部故障瞬变过程［Ｊ］－电力系统自动
；ＥＥ，１９８２，１２９（３）：９３—１００．
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实现斩波电流信号的生成。ｓＧ３５２５是一种性能 优良、功能齐全、通用性强的单片集成脉宽调制控 制器。由于它简单可靠、使用方便灵活，大大减轻 了脉宽调制器的设计及调试工作。ｓＣ３５２５工作 时的斩波频率值和死区大小由接于５、６、７引脚上 的Ｒ。、Ｃ。和Ｒ。共同决定，即：
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ＰｗＭ斩波电路采用集成脉宽调制器ｓＧ３５２５ —１２一
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图４ ＰｗＭ斩波电路
芯片通电后，４引脚将输出频率为，的载波， 经过内部的误差放大器、比较器及ＰｗＭ锁存电 路，ｓＧ３５２５的１１端和１４端将输出２路互补的单 级性ＰｗＭ信号ＰｗＭｌ和ＰｗＭ２。由图４可知，
《电机与控制应用》２００６，３３（ＩＯ）
二相混合式步进电机驱动控制系统设计
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二相混合式步进电机 驱动控制系统设计
王灿， 马瑞卿， 李玲娟 （西北工业大学，西安７１００７２）
摘要：给出了一种使用Ａ髓９ｃ２０５１单片机、集成脉宽调制控制芯片ｓＧ３５２５和ＧＡＬ２０Ｖ８等器件实现的 二相步进电动机驱动控制系统。阐述并分析了系统的工作原理、构成以及各功能的实现方案。实验结果表 明，控制系统运行正常，成本低廉，可靠性较高。
系统Ｈ桥驱动采用美国ＩＲ公司的ＩＲ２１１０。 该芯片是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率器 件的集成驱动电路，其上管采用外部自举电容上 电，使得驱动电源数目较其他Ｉｃ驱动大大减少。 功率桥采用８只高频ＶＭ０ｓ功率场效应晶体管 ＩＲＦ５４０组成２个Ｈ功率桥。该器件％。＝ｌｏｏ Ｖ， ，。＝２７ Ａ，通态电阻只有０．０５２ Ｑ。因此，即使电 机长时间运转，该ＶＭＯｓ管壳本身温度比较低， 保证了可以通过大电流，确保系统能长时间运行。 １．４过流保护电路
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０引 言
步进电机是一种增量式驱动电机，可将电脉 冲信号转换成相应的角位移或线位移，其位移步 距与输入脉冲信号相对应，步距误差无长期积累， 易于起停、正反转及调速。但是步进电机不能直 接使用交直流电源驱动，必须使用由专用集成芯 片构成的专用驱动电路。专用集成电路集成度 高、体积小、驱动效率高、控制较稳定，但是驱动电 路控制柔性差、功能单一、价格较高，而且高集成 度也限制了芯片的散热，使得它的驱动电流和功 率都较小。本文介绍了一种使用单片机 ＡＴ８９ｃ２０５１、集成脉宽调制（ＰｗＭ）控制芯片 ｓｃ３５２５和ｃＡｌ２０Ｖ８等器件实现的步进电机驱动 系统。该系统结构简单、驱动功率大、运行稳定， 在步进电机控制领域中有着广阔的应用前景。
流时引脚７端输出高电平（＋５ Ｖ），正常工作时 输出低电平（０ Ｖ）。当采样电阻电压超过整定值 后，过流保护电路动作，过流信号送单片机处理。 ＬＭ３５８比较器的电流保护值通过改变ＬＭ３５８反 馈电阻的阻值实现。
２ 软件设计
控制系统采用汇编语言编程，程序流程图如 图６。图６（ａ）为系统工作主程序，图６（ｂ）为中断 服务程序。当外部脉冲中断信号到来时，程序进 入中断子程序读控制信号，经过判断控制信号并 查表后，输出正确的控制信号返回到主程序中。
１ 控制系统设计
本控制系统主要由波形发生电路、ＰｗＭ斩波
电路、驱动与功率电路及过流保护电路等四部分 组成（系统框图如图１所示），采用单片机 ＡＴ８９ｃ２０５１作为波形发生电路和系统控制的核 心。单片机接收外部控制指令后，输出四路波形 控制信号。这些控制信号与ｓＧ３５２５输出的两路 ＰｗＭ信号经过可编程器件ＧＡＬ２０Ｖ８组合形成８ 路斩波控制信号，控制各功率管前级驱动电路的 导通与关断，从而达到控制步进电机运行的目的。
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止了Ｈ桥上下管直通损坏步进电动机。
本文提到的步进电机驱动控制系统可以驱动
额定电压为１５～５０ Ｖ、额定电流为５ Ａ以下的二
关键词：单片机；步进电机；脉宽调制 中图分类号：ＴＭ３０１．２：ＴＭ３８３．６文献标识码：Ａ文章编号：１６７３＿６５４０（２００６）１０．００１１＿０３
ＤｒｉＶｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｔｅｐｐｉｎｇ Ｍｏｔｏｒ
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图２波形发生与逻辑控制电路
逻辑电路采用一片ＧＡＬ２０Ｖ８可编程器件，它 将２路互补的ＰｗＭ信号与电机二相绕组的控制 信号综合处理，产生Ｔｌ～Ｔ８ ８路Ｈ桥逆变器控制 信号，２个Ｈ桥各４个Ｍ０ｓＦＥＴ，系统Ｈ桥驱动电 路，如图３所示。对于功率桥上的驱动信号采用 “上斩下不斩”的方法，即对上管加斩波，下管不 加。其中，Ｔ１、Ｔ４为控制Ａ相正端的Ｍｏｓ管信 号，眩、ｒ１３为控制Ａ相负端的ＭＯｓ管信号；Ｔ５、 Ｔ８为控制Ｂ相正端的Ｍ０ｓ管信号，Ｔ６、ｒ１７为控 制Ｂ相负端的Ｍ０ｓ管信号。同时为了防止程序 出错，在逻辑控制电路里使用了ＭＡｘ８１３看门狗 电路。 １．２ ＰＷＭ斩波电路
（Ｎｏｎｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐ０１ｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １００７２，Ｃｈｉｎａ）
Байду номын сангаас
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃｈａｍｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ａ‘１１８９Ｃ２０５１ ａｎｄ ＳＧ３５２５ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ，ｗｈｉｌｅ ａ ｄｉｖｅ ｃｏｎ— ｔｒ０Ｉ ｓｙｓｔｅｍ ｆｂｒ ｔｗｏ·ｐｈａｓｅ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｉｃｍ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＡＴ８９Ｃ２０５ ｌ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｏｕｔ． Ｆｕｎｈｅｍｌｏｒｅ，ｔｈｅ ｏｐｅｍ— ｔｉｏｎａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｓｔｍｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｒｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ
过流保护电路采用ＬＭ３５８集成芯片来实现， 如图５所示。输出端引脚７用＋５ Ｖ电压补偿， 作为过流保护电路的输入信号。采样电阻将流经 电机绕组中的电流值转换为电压量送入ＬＭ３５８ 的３端放大后与一个给定的＋５Ｖ电压比较，过
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图５ ＬＭ３５８的过流保护电路
（ａ）主程序
（ｂ）中断服务程序
图６驱动控制系统程序流程图
３ 实验结果
以Ａ，１１８９ｃ２０５１及ｓＧ３５２５等器件实现的步进 电机驱动控制系统，取得了理想的实验结果。实 验中，电机采用二相混合式步进电动机，其额定电 压１２ Ｖ，额定电流为０．６ Ａ，步距角１．８０／０．９０。 当外部脉冲频率为１２０ Ｈｚ时，通过示波器观测Ａ 相上管、下管控制信号Ｔ１、Ｔ４。图７为八拍正转 时，Ａ相上、下管控制信号。由图７可见，上下管 导通关断顺序相同，上管加斩波，下管没有加斩 波，符合“上斩下不斩”的控制策略。而图８为四
万方数据
《电机与控制应用》２００６，３３（１０）
二相混合式步进电机驱动控制系统设计
输出电压大小的调节是通过调节电位器Ｐ１来完 成的。调节Ｐ１即可改变引脚２上的电压（同相 输入），当同相输入端电压增大时，ＰｗＭｌ、ＰｗＭ２ 的占空比增大，则经过斩波的功率管导通时间就 增大，经过导通功率管的电压也相应增大，电机 电压也就增大了，即电机绕组电流增大。同样， 当同相输入电压减小时，电机电流就减小。由此 可知，调节连接ｓＧ３５２５误差放大器同相端（２脚） 上的电位器Ｐ１电压的大小，可以实现对电机绕组 电流的调节。在电机高频运行时还可以调节电位 器对绕组电流进行补偿。若将图４中的电位器 Ｐ１移除，再把功率管下端采样电阻上的电压信号 经放大、滤波、隔离之后反馈到引脚２上，即可实 现控制电路的反馈闭环，从而实现斩波恒流驱动 的目的，以保证电机合成磁场幅值恒定，实现电机 恒转矩控制。 １．３驱动与功率电路
相混合式步进电动机，驱动功率大。经联机调试
证明，此系统运行正常、稳定性高，驱动电路接收
控制信号指令后，使电机进行上电、停机、执行正
转／反转、四／八拍操作，并按照系统给定的脉冲输 入频率控制电机以一定的转速运行。另外，该驱
动控制系统还具有过流保护、相电流调节及闭环
反馈斩波恒流的功能，实用性强，应用前景广阔。
图１控制系统原理框图 １．１波形发生电路
波形发生电路主要由ＡＴ８９Ｃ２０５１来实现。 ＡｒＩ＇８９ｃ２０５ １是控制部分的核心，指令与５ １系列单
～１ｌ一
万方数据
二相混合式步迸电机驱动控制系统设计
《电机与控制应用》２００６，３３（１０）
片机兼容，自带２ Ｋ字节闪速可编程可擦除只读 存储器，编程次数可达ｌ ０００次。由于将多功能８ 位ＣＰＵ和闪速存储器组合在一个芯片中，无须外 部扩展ＲｏＭ，大大节省了硬件开销，提高了系统 的可靠性和适应性。波形发生与逻辑控制电路如 图２所示，ＡＴ８９Ｃ２０５１接受外部正／反转（Ｐ３．Ｏ）、 脉冲信号（Ｐ３．３）、四／八拍切换（Ｐ３．１）和过流保 护信号（Ｐ３．２）后，经过处理，输出Ａ、Ａ、Ｂ、Ｂ ４路 信号。其中Ａ和Ａ代表Ａ相绕组正端和负端功 率桥控制信号，Ｂ和Ｂ代表Ｂ相绕组正端和负端 功率桥控制信号。控制电机绕组按ＡＢ～Ｂ— ＡＢ—Ａ—ＡＢ～Ｂ—ＡＢ—Ａ—ＡＢ……的顺序通电， 电机就以步距角０．９。半步运行；按ＡＢ—ＡＢ— ＡＢ—ＡＢ—ＡＢ……的顺序通电，电机就以步距角 １．８。整步运行。
【参考文献】
图７八拍正转时Ａ相上管、下管控制信号
［１］ 李钟明，刘卫国．稀土永磁电机［Ｍ］．北京：国防工 业出版社，１９９９．
［２］ 孙涵芳，徐爱卿．Ｍｃｓ一５ｌ／９６系列单片机原理及应 用（Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，１９９６．
［３］ 王兆安，黄俊．电力电子技术［Ｍ］．北京：机械工业 出版社，２０００．
图８ 四拍正转时Ａ相上管、下管控制信号
万方数据
二相混合式步进电机驱动控制系统设计
作者： 作者单位： 刊名：
［４］ ＡＴＭＥＬ． ８－ｂｉｔ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｍｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ２Ｋ ｂｙｔｅｓ ｎａｓｈ ［Ｒ］．Ａ７咫９ｃ２０５１，０３６８Ｄ—Ｂ一１２／９７．
［５］ ＭＯＴＯＲＯＬＡ． Ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ［Ｒ］．ｓＧ３５２５Ａ／ｓＧ３５２７Ａ，１９９６． 收稿日期：２００６旬３．２８
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《电机与控制应用》２００６，３３（１０）
笼型异步电机转子断条故障的有限元分析
断条根数增加，定子电流脉动加剧，边频分量幅值 变大。
［５］ＤＥＬＥＲ０１ ｗ．Ｂｒｏｋｅｌｌｂａｒ ｉｎ ｓｑｕｉｒｒｅｌ ｃａｇｅ ｒｏｔｏｒ ｏｆ ａｎ ｉｎｄｕｃｔｉ。ｎ ｍ。ｔ。ｒ·Ｐａｒｔｌ：Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｂｙ ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ
…翟黧愁盟；！竺：苎ｉ掣氅鍪差篓掣望 №１娑＝：要ｉＩｔｆ嬲盒鲨‘。 盏篇“。｜ｓ竺
孑步电动机内部故障瞬变过程［Ｊ］－电力系统自动
；ＥＥ，１９８２，１２９（３）：９３—１００．
㈨汤耪电赫电捌Ｍ川隐科学出舭口１裟筌裟麓篇＝熊？蔫：
㈨燮，燮ｌ篓Ｚ訾数值计算方法及应
，［４．］ 、要马粤宏！忠 ’要，詈胡。虔：生南．毫感 銮差应曼电竖机兰转尝子黑绕：。组。故。障，仿一真～与、实 ．
实现斩波电流信号的生成。ｓＧ３５２５是一种性能 优良、功能齐全、通用性强的单片集成脉宽调制控 制器。由于它简单可靠、使用方便灵活，大大减轻 了脉宽调制器的设计及调试工作。ｓＣ３５２５工作 时的斩波频率值和死区大小由接于５、６、７引脚上 的Ｒ。、Ｃ。和Ｒ。共同决定，即：
厂＝ｌ／［Ｃ。（０．７Ｒ。＋３Ｒｄ）］
ＰｗＭ斩波电路采用集成脉宽调制器ｓＧ３５２５ —１２一
Ｐｌ ２０ ｋＱ
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赢风５赢０ ｆ沙零业皂趔型
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图４ ＰｗＭ斩波电路
芯片通电后，４引脚将输出频率为，的载波， 经过内部的误差放大器、比较器及ＰｗＭ锁存电 路，ｓＧ３５２５的１１端和１４端将输出２路互补的单 级性ＰｗＭ信号ＰｗＭｌ和ＰｗＭ２。由图４可知，
《电机与控制应用》２００６，３３（ＩＯ）
二相混合式步进电机驱动控制系统设计
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二相混合式步进电机 驱动控制系统设计
王灿， 马瑞卿， 李玲娟 （西北工业大学，西安７１００７２）
摘要：给出了一种使用Ａ髓９ｃ２０５１单片机、集成脉宽调制控制芯片ｓＧ３５２５和ＧＡＬ２０Ｖ８等器件实现的 二相步进电动机驱动控制系统。阐述并分析了系统的工作原理、构成以及各功能的实现方案。实验结果表 明，控制系统运行正常，成本低廉，可靠性较高。
系统Ｈ桥驱动采用美国ＩＲ公司的ＩＲ２１１０。 该芯片是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率器 件的集成驱动电路，其上管采用外部自举电容上 电，使得驱动电源数目较其他Ｉｃ驱动大大减少。 功率桥采用８只高频ＶＭ０ｓ功率场效应晶体管 ＩＲＦ５４０组成２个Ｈ功率桥。该器件％。＝ｌｏｏ Ｖ， ，。＝２７ Ａ，通态电阻只有０．０５２ Ｑ。因此，即使电 机长时间运转，该ＶＭＯｓ管壳本身温度比较低， 保证了可以通过大电流，确保系统能长时间运行。 １．４过流保护电路
ｔｈａ上ｔｈｅ ｃｏｎｔＩＤｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｐｅＩｆｏ珊ａｎｃｅ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＩｌｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｓｔ印ｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ；ｐｌ璐ｅ喇ｄｔｈ ｍｏｄｌｌｌａｔｉｏｎ
０引 言
步进电机是一种增量式驱动电机，可将电脉 冲信号转换成相应的角位移或线位移，其位移步 距与输入脉冲信号相对应，步距误差无长期积累， 易于起停、正反转及调速。但是步进电机不能直 接使用交直流电源驱动，必须使用由专用集成芯 片构成的专用驱动电路。专用集成电路集成度 高、体积小、驱动效率高、控制较稳定，但是驱动电 路控制柔性差、功能单一、价格较高，而且高集成 度也限制了芯片的散热，使得它的驱动电流和功 率都较小。本文介绍了一种使用单片机 ＡＴ８９ｃ２０５１、集成脉宽调制（ＰｗＭ）控制芯片 ｓｃ３５２５和ｃＡｌ２０Ｖ８等器件实现的步进电机驱动 系统。该系统结构简单、驱动功率大、运行稳定， 在步进电机控制领域中有着广阔的应用前景。
流时引脚７端输出高电平（＋５ Ｖ），正常工作时 输出低电平（０ Ｖ）。当采样电阻电压超过整定值 后，过流保护电路动作，过流信号送单片机处理。 ＬＭ３５８比较器的电流保护值通过改变ＬＭ３５８反 馈电阻的阻值实现。
２ 软件设计
控制系统采用汇编语言编程，程序流程图如 图６。图６（ａ）为系统工作主程序，图６（ｂ）为中断 服务程序。当外部脉冲中断信号到来时，程序进 入中断子程序读控制信号，经过判断控制信号并 查表后，输出正确的控制信号返回到主程序中。
１ 控制系统设计
本控制系统主要由波形发生电路、ＰｗＭ斩波
电路、驱动与功率电路及过流保护电路等四部分 组成（系统框图如图１所示），采用单片机 ＡＴ８９ｃ２０５１作为波形发生电路和系统控制的核 心。单片机接收外部控制指令后，输出四路波形 控制信号。这些控制信号与ｓＧ３５２５输出的两路 ＰｗＭ信号经过可编程器件ＧＡＬ２０Ｖ８组合形成８ 路斩波控制信号，控制各功率管前级驱动电路的 导通与关断，从而达到控制步进电机运行的目的。
ＰＷＭｌ—
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ＰＷＭ２一 ＋５ Ｖ
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卢一叫ｎ蛞＝＝＝ ２ １９
Ｉ患射阿。拍 ＭＡＸ８１３ Ｉ……
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ＩＯ １１
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图３ Ｈ桥驱动电路
銮９端淼１№幽ｍ船。０船细锄¨印１ｉ汁
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收…稿…日…期”：２００６旬１—１９
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篙黑：０蓼当、譬髦篓是、拿翼三：暴４结语 见，由于加入死区，Ａ相上管延迟导通，有效地防
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叩
佃
止了Ｈ桥上下管直通损坏步进电动机。
本文提到的步进电机驱动控制系统可以驱动
额定电压为１５～５０ Ｖ、额定电流为５ Ａ以下的二
关键词：单片机；步进电机；脉宽调制 中图分类号：ＴＭ３０１．２：ＴＭ３８３．６文献标识码：Ａ文章编号：１６７３＿６５４０（２００６）１０．００１１＿０３
ＤｒｉＶｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｔｅｐｐｉｎｇ Ｍｏｔｏｒ
蹦』、Ｂ Ｃｎｎ， 删Ｒ“ｉ一９ｉ昭， 口乜赠咖∽
图２波形发生与逻辑控制电路
逻辑电路采用一片ＧＡＬ２０Ｖ８可编程器件，它 将２路互补的ＰｗＭ信号与电机二相绕组的控制 信号综合处理，产生Ｔｌ～Ｔ８ ８路Ｈ桥逆变器控制 信号，２个Ｈ桥各４个Ｍ０ｓＦＥＴ，系统Ｈ桥驱动电 路，如图３所示。对于功率桥上的驱动信号采用 “上斩下不斩”的方法，即对上管加斩波，下管不 加。其中，Ｔ１、Ｔ４为控制Ａ相正端的Ｍｏｓ管信 号，眩、ｒ１３为控制Ａ相负端的ＭＯｓ管信号；Ｔ５、 Ｔ８为控制Ｂ相正端的Ｍ０ｓ管信号，Ｔ６、ｒ１７为控 制Ｂ相负端的Ｍ０ｓ管信号。同时为了防止程序 出错，在逻辑控制电路里使用了ＭＡｘ８１３看门狗 电路。 １．２ ＰＷＭ斩波电路
（Ｎｏｎｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐ０１ｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １００７２，Ｃｈｉｎａ）
Байду номын сангаас
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃｈａｍｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ａ‘１１８９Ｃ２０５１ ａｎｄ ＳＧ３５２５ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ，ｗｈｉｌｅ ａ ｄｉｖｅ ｃｏｎ— ｔｒ０Ｉ ｓｙｓｔｅｍ ｆｂｒ ｔｗｏ·ｐｈａｓｅ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｉｃｍ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＡＴ８９Ｃ２０５ ｌ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｏｕｔ． Ｆｕｎｈｅｍｌｏｒｅ，ｔｈｅ ｏｐｅｍ— ｔｉｏｎａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｓｔｍｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｒｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ
过流保护电路采用ＬＭ３５８集成芯片来实现， 如图５所示。输出端引脚７用＋５ Ｖ电压补偿， 作为过流保护电路的输入信号。采样电阻将流经 电机绕组中的电流值转换为电压量送入ＬＭ３５８ 的３端放大后与一个给定的＋５Ｖ电压比较，过
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图５ ＬＭ３５８的过流保护电路
（ａ）主程序
（ｂ）中断服务程序
图６驱动控制系统程序流程图
３ 实验结果
以Ａ，１１８９ｃ２０５１及ｓＧ３５２５等器件实现的步进 电机驱动控制系统，取得了理想的实验结果。实 验中，电机采用二相混合式步进电动机，其额定电 压１２ Ｖ，额定电流为０．６ Ａ，步距角１．８０／０．９０。 当外部脉冲频率为１２０ Ｈｚ时，通过示波器观测Ａ 相上管、下管控制信号Ｔ１、Ｔ４。图７为八拍正转 时，Ａ相上、下管控制信号。由图７可见，上下管 导通关断顺序相同，上管加斩波，下管没有加斩 波，符合“上斩下不斩”的控制策略。而图８为四
万方数据
《电机与控制应用》２００６，３３（１０）
二相混合式步进电机驱动控制系统设计
输出电压大小的调节是通过调节电位器Ｐ１来完 成的。调节Ｐ１即可改变引脚２上的电压（同相 输入），当同相输入端电压增大时，ＰｗＭｌ、ＰｗＭ２ 的占空比增大，则经过斩波的功率管导通时间就 增大，经过导通功率管的电压也相应增大，电机 电压也就增大了，即电机绕组电流增大。同样， 当同相输入电压减小时，电机电流就减小。由此 可知，调节连接ｓＧ３５２５误差放大器同相端（２脚） 上的电位器Ｐ１电压的大小，可以实现对电机绕组 电流的调节。在电机高频运行时还可以调节电位 器对绕组电流进行补偿。若将图４中的电位器 Ｐ１移除，再把功率管下端采样电阻上的电压信号 经放大、滤波、隔离之后反馈到引脚２上，即可实 现控制电路的反馈闭环，从而实现斩波恒流驱动 的目的，以保证电机合成磁场幅值恒定，实现电机 恒转矩控制。 １．３驱动与功率电路
相混合式步进电动机，驱动功率大。经联机调试
证明，此系统运行正常、稳定性高，驱动电路接收
控制信号指令后，使电机进行上电、停机、执行正
转／反转、四／八拍操作，并按照系统给定的脉冲输 入频率控制电机以一定的转速运行。另外，该驱
动控制系统还具有过流保护、相电流调节及闭环
反馈斩波恒流的功能，实用性强，应用前景广阔。
图１控制系统原理框图 １．１波形发生电路
波形发生电路主要由ＡＴ８９Ｃ２０５１来实现。 ＡｒＩ＇８９ｃ２０５ １是控制部分的核心，指令与５ １系列单
～１ｌ一
万方数据
二相混合式步迸电机驱动控制系统设计
《电机与控制应用》２００６，３３（１０）
片机兼容，自带２ Ｋ字节闪速可编程可擦除只读 存储器，编程次数可达ｌ ０００次。由于将多功能８ 位ＣＰＵ和闪速存储器组合在一个芯片中，无须外 部扩展ＲｏＭ，大大节省了硬件开销，提高了系统 的可靠性和适应性。波形发生与逻辑控制电路如 图２所示，ＡＴ８９Ｃ２０５１接受外部正／反转（Ｐ３．Ｏ）、 脉冲信号（Ｐ３．３）、四／八拍切换（Ｐ３．１）和过流保 护信号（Ｐ３．２）后，经过处理，输出Ａ、Ａ、Ｂ、Ｂ ４路 信号。其中Ａ和Ａ代表Ａ相绕组正端和负端功 率桥控制信号，Ｂ和Ｂ代表Ｂ相绕组正端和负端 功率桥控制信号。控制电机绕组按ＡＢ～Ｂ— ＡＢ—Ａ—ＡＢ～Ｂ—ＡＢ—Ａ—ＡＢ……的顺序通电， 电机就以步距角０．９。半步运行；按ＡＢ—ＡＢ— ＡＢ—ＡＢ—ＡＢ……的顺序通电，电机就以步距角 １．８。整步运行。
【参考文献】
图７八拍正转时Ａ相上管、下管控制信号
［１］ 李钟明，刘卫国．稀土永磁电机［Ｍ］．北京：国防工 业出版社，１９９９．
［２］ 孙涵芳，徐爱卿．Ｍｃｓ一５ｌ／９６系列单片机原理及应 用（Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，１９９６．
［３］ 王兆安，黄俊．电力电子技术［Ｍ］．北京：机械工业 出版社，２０００．
图８ 四拍正转时Ａ相上管、下管控制信号
万方数据
二相混合式步进电机驱动控制系统设计
作者： 作者单位： 刊名：
［４］ ＡＴＭＥＬ． ８－ｂｉｔ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｍｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ２Ｋ ｂｙｔｅｓ ｎａｓｈ ［Ｒ］．Ａ７咫９ｃ２０５１，０３６８Ｄ—Ｂ一１２／９７．
［５］ ＭＯＴＯＲＯＬＡ． Ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ［Ｒ］．ｓＧ３５２５Ａ／ｓＧ３５２７Ａ，１９９６． 收稿日期：２００６旬３．２８