1 步進(jìn)電機(jī)
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)一個(gè)角度，因此非常適合單片機(jī)控制。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差，精度高。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有如下特點(diǎn)：
①步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一圈后，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。
②由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，叉非�？煽�。同時(shí)，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。
③步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。
④速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整，低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
⑤步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，不能直接使用交流電源和直流電源。
⑥步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)措施。
步進(jìn)電機(jī)具有控制和機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。圖1是四相六線制步進(jìn)電機(jī)原理圖，這類步進(jìn)電機(jī)既可作為四相電機(jī)使用，也可做為兩相電機(jī)使用，使用靈活，因此應(yīng)用廣泛。
步進(jìn)電機(jī)有兩種工作方式：整步方式和半步方式。以步進(jìn)角1．8°四相混合式步進(jìn)電機(jī)為例，在整步方式下，步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)脈沖，旋轉(zhuǎn)1．8°，旋轉(zhuǎn)一周，則需要2OO個(gè)脈沖。在半步方式下，步進(jìn)電機(jī)每接收一個(gè)脈沖，旋轉(zhuǎn)0．9°，旋轉(zhuǎn)一周，則需要4OO個(gè)脈沖。控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)必須按一定時(shí)序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)引線輸入脈沖。以上述四相六線制電進(jìn)電機(jī)為例，其半步工作方式和整步工作方式的控制時(shí)序如表1和表2所列。
步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí)．會(huì)有振動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)。如果使用細(xì)分方式，就能很好的解決這個(gè)問題。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過對(duì)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。一般情況下，合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場(chǎng)矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。步進(jìn)電機(jī)半步工作方式就蘊(yùn)涵了細(xì)分的工作原理。
實(shí)現(xiàn)細(xì)分方式有多種方法，最常用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式，大多數(shù)專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片都采用這種驅(qū)動(dòng)方式，TA8435就是其中一種芯片。
2 基于TA8435H芯片的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分方式
2．1 TA8435芯片特點(diǎn)
TA8435是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片，該芯片具有以下特點(diǎn)：
①工作電壓范圍寬(10～40 v)；
②輸出電流可達(dá)1．5 A(平均)和2．5 A(峰值))；
③具有整步、半步、1／4細(xì)分、1／8細(xì)分運(yùn)行方式可供選擇；
④采用脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式；
⑤具有正／反轉(zhuǎn)控制功能；
⑥帶有復(fù)位和使能引腳；
⑦可選擇使用單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入。
從圖2中可以看出，TA8435主要由1個(gè)解碼器、2個(gè)橋式驅(qū)動(dòng)電路、2個(gè)輸出電流控制電路、2個(gè)最大電流限制電路、1個(gè)斬波器等功能模塊組成。
2.2 TA8435細(xì)分工作原理
在圖3中，第一個(gè)CK時(shí)鐘周期時(shí)，解碼器打開橋式驅(qū)動(dòng)電路，電流從VMA流經(jīng)電機(jī)的線圈后經(jīng)RNFA后與地構(gòu)成回路，由于線圈電感的作用，電流是逐漸增大的，所以RNFB上的電壓也隨之上升。當(dāng)RNFB上的電壓大于比較器正端的電壓時(shí)，比較器使橋式驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉，電機(jī)線圈上的電流開始衰減，RNFB上的電壓也相應(yīng)減小；當(dāng)電壓值小于比較器正向電壓時(shí)，橋式驅(qū)動(dòng)電路又重新導(dǎo)通，如此循環(huán)，電流不斷的上升和下降形成鋸齒波，其波形如圖3中IA波形的第1段。另外由于斬波器頻率很高，一般在幾十kHz，其頻率大小與所選用電容有關(guān)。在OSC作用下．電流鋸齒波紋是非常小的，可以近似認(rèn)為輸出電流是直流。在第2個(gè)時(shí)鐘周期開始時(shí)，輸出電流控制電路輸出電壓Ua達(dá)到第2階段，比較器正向電壓也相應(yīng)為第2階段的電壓，因此，流經(jīng)步進(jìn)電機(jī)線圈的電流從第l階段也升至第二階段2。電流波形如圖IA第2部分。第3時(shí)鐘周期，第4時(shí)鐘周期TA8435的工作原理與第1、2是一樣的，只是又升高比較器正向電壓而已，輸出電流波形如圖IA中第3、4部分。如此最終形成階梯電流，加在線圈B上的電流，如圖3中IB。在CK一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，流經(jīng)線圈A和線圈B的電流共同作用下，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)細(xì)分步。
2．3步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 原文位置
圖4是單片機(jī)與TA8435相連控制步進(jìn)電機(jī)的原理圖。引腳M1和M2決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方式：MI=0、M2=O，電機(jī)按整步方式運(yùn)轉(zhuǎn)；Ml=1、M2=0，電機(jī)按半步方式運(yùn)轉(zhuǎn)；M1=O、M2=1，電機(jī)按1／4細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)；Ml=1、M2=1，電機(jī)按l／8步細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)。CW／CWW控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，CKl、CK2時(shí)鐘輸入的最大頻率不能超過5 kHz�？刂茣r(shí)鐘的頻率，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速率。REFIN為高電平時(shí)，NFA和NFB的輸出電壓為0．8 V，REFIN為低電平時(shí)，NFA和NFB輸出電壓為0．5 V，這2個(gè)引腳控制步進(jìn)電機(jī)輸入電流，電流大小與NF端外接電阻關(guān)系式為：，Io=Vref／Rnf。圖4中，設(shè)REFIN=l，選用步進(jìn)電機(jī)額定電流為0．4 A，Rl、R2選用1．6 Ω、2W的大功率電阻，O、C兩線不接。步進(jìn)電機(jī)按二相雙極性使用，四相按二相使用時(shí)可以提高步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。D1～D4快恢復(fù)二極管用來泄放繞組電流。
以下是利用TA8435控制步進(jìn)電機(jī)的程序，實(shí)現(xiàn)采用l／8細(xì)分方式控制步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。利用定時(shí)器1向TA8435輸出脈沖，用來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
3 結(jié) 論
本文介紹了步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)和TA8435芯片工作原理。使用細(xì)分方式可以提高步進(jìn)電機(jī)的控制精度，降低步進(jìn)電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。因此，在低頻工作時(shí)，可以選用1／4細(xì)分或1／8細(xì)分模式，以降低系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲。當(dāng)系統(tǒng)需要在高速工作時(shí)，細(xì)分模式就有可能達(dá)不到要求的速度，這時(shí)可以選用整步或半步方式。在速度較高時(shí)，在整步或半步工作模式下，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，振動(dòng)小，噪聲也小。TA8435在細(xì)分、半步、整步幾種工作模式之間的切換是相當(dāng)容易的。使用TA8435控制步進(jìn)電機(jī)具有價(jià)格低、控制簡(jiǎn)單、工作可靠的特點(diǎn)，所以具有很高的推廣價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
