步进电机

本应用笔记介绍了一种可独立控制三台电机的实用解决方案。此应用使用一个 PIC18F-Q43 器件来控制馈送到三轴步进电机驱动器的驱动信号。由于只使用单个 8 位单片机，因此可以显著降低实现成本。

A4988是一款带转换器和过流保护的 DMOS 微步驱动器，该产品可在全、半、1/4、1/8 及 1/16 步进模式时操作双极步进电动机，输出驱动性能可达 35 V 及 ±2 ，A4988 包括一个固定关断时间电流稳压器，该稳压器可在慢或混合衰减模式下工作。

TMC2160是一款采用步进/ 方向接口和SPI的多功能高压栅极驱动器。它能够在从NEMA23到NEMA34及更高级别的步进电机中获得最佳性能。

制造商-TRINAMIC发布了全新的高性能步进电机驱动器TMC2160。该多功能芯片结合强大的外部MOSFET驱动级，涵盖了从工业和实验室自动化到数控铣削领域的广泛应用领域。

“我们在众多应用中选择步进电机而不是齿轮伺服驱动器的原因是步进电机固有的坚固性和精确性以及高扭矩。” Trinamic的创始人CEO Michael Randt说，“TMC2160采用了我们最新的电流控制技术可实现步进电机的最佳性能。”

该集成步进电机驱动器适合于8V至60V的电源电压，并且驱动栅电流高达500mA的N沟道MOSFETS，适用于具有最新MOSFET组件的+20A驱动级。

该组件通过步进和方向接口进行控制，并且可以与产生步进信号的工业典型运动控制器独立使用。通过使用1/16步或更低的脉冲，步进脉冲内插器MicroPlyer可实现高分辨率1/256微步。

<strong>1 系统设计原理</strong>

步进电机控制系统主要由单片机、键盘LED、驱动／放大和PC上位机等4个模块组成，其中PC机模块是软件控制部分。为保护单片机控制系统硬件电路，在单片机和步进电机之间增加过流保护电路。图l为步进电机控制系统框图。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2018-09/wen_zhang_/100014267-48568-1.jpg&q…; alt="5分钟实现单片机步进电机控制设计"></center><center><i>图1 步进电机控制系统框图</i></center>

<strong>2 系统硬件电路设计</strong>

2．1 单片机模块

单片机模块主要由MSP430FG4618单片机及外围滤波、电源管理和晶振等电路组成。

步进电机是一种运用广泛的控制电机，其特征是不使用位置反馈回路就能进行速度控制及定位控制，即所谓的电机开环控制。相对于伺服电机，步进电机有着成本低廉，控制简单等优点，尤其是两相混合式步进电机，在工业运动控制系统中有着广泛的应用。然而，传统的驱动方式，比如单电压驱动、高低电压驱动、斩波恒流驱动等等，虽然已经应用十分成熟，但是只限于低速运行，并且细分度一般限制在1/2步距，无法很好消除低频振荡，以及定位精度差等缺点。细分驱动的出现很好地弥补了这一缺点。

常见的细分控制器一般由MCU、专用逻辑驱动芯片以及功率驱动模块组成，这样的驱动器虽然能满足多细分驱动，但由于细分数量和效果会受到逻辑驱动芯片的影响，并且无法调整细分数和限流值、从而造成系统调试困难、矩频特性差等缺点。

本文使用ST公司的32位ARM单片机，加上MOSFET驱动模块及电流传感模块，省去了逻辑驱动芯片。电机电流采用单片机内部AD采样，控制逻辑算法直接由单片机软件实现，MOSFET按照外部输入的脉冲速度及内部的时序来运行，从而大大简化了应用电路，提高了电路的通用性和驱动性能。

<strong>1、意法半导体STM32F103RB单片机简述</strong>

这里不说步进电机的 "细分" 实验，只说一下有关步进电机的基础概念以及步进电机的三种工作方式——单拍、双拍、单双拍，现在步进电机的编程一般都要用到专门的步进电机驱动芯片（如：L6219芯片），所以具体的编程下次再讲。先说一下相、线和极性。

<font color="#33b1c8"><strong>一：线、相、极性</strong></font>

"相" 就是说明步进电机有几个线圈（也叫做绕组）。

"线" 就是说明步进电机有几个接线口。

"极性" 分为 单极性 和 双极性。如果步进电机的线圈是可以双向导电的，那么这个步进电机就是双极性的，相反，如果步进电机的线圈是只允许单向导电的，那么这个步进电机就是单极性的。

上面的三个只要知道其中两个，就可以推断出第三个。

如：

五线四相步进电机 就是有5个接线口，4个线圈。

步进电机是一种运用广泛的控制电机，其特征是不使用位置反馈回路就能进行速度控制及定位控制，即所谓的电机开环控制。相对于伺服电机，步进电机有着成本低廉，控制简单等优点，尤其是两相混合式步进电机，在工业运动控制系统中有着广泛的应用。然而，传统的驱动方式，比如单电压驱动、高低电压驱动、斩波恒流驱动等等，虽然已经应用十分成熟，但是只限于低速运行，并且细分度一般限制在1/2步距，无法很好消除低频振荡，以及定位精度差等缺点。细分驱动的出现很好地弥补了这一缺点。

常见的细分控制器一般由MCU、专用逻辑驱动芯片以及功率驱动模块组成，这样的驱动器虽然能满足多细分驱动，但由于细分数量和效果会受到逻辑驱动芯片的影响，并且无法调整细分数和限流值、从而造成系统调试困难、矩频特性差等缺点。

本文使用ST公司的32位，加上MOSFET驱动模块及电流传感模块，省去了逻辑驱动芯片。电机电流采用单片机内部AD采样，控制逻辑算法直接由单片机软件实现，MOSFET按照外部输入的脉冲速度及内部的时序来运行，从而大大简化了应用电路，提高了电路的通用性和驱动性能。

<strong>1 意法半导体STM32F103RB单片机简述</strong>

Allegro MicroSystems，LLC推出一款全新的汽车级双极步进电机驱动器或双直流电机驱动器IC AMT49702，新产品专为低压步进电机和双/单高电流直流电机的脉冲宽度调制（PWM）控制而设计。

AMT49702的输出电流可达每通道1A，工作电压为3.5至15V，主要应用领域包括：平视显示器（HUD）中的镜面定位和防尘罩、导航系统中的屏幕升降器、驾驶员注意力监测系统中的摄像头移动或对焦、以及方向盘反馈中的振动警报等等。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2017-10/wen_zhang_/100008565-28734-amt4970…; alt="AMT49702"></center>