[发明专利]多路高细分两相步进电机驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多路高细分两相步进电机驱动电路和相应的程序设计方法，能同时控制四个及四个以上的两相步进电机，每个两相步进电机驱动微步不低于64微步。 

背景技术

两相步进电机在控制系统中得到广泛的应用。越来越多的领域需要同时控制多个步进电机。但是步进电机的每一步对精密的控制来说，又显得过于粗糙，因此，细分驱动，也就是微步驱动成为一种必需。 

传统用于细分驱动两相步进的芯片是使用双极性恒流驱动芯片，它需要两路数模转换电路DA，为两相步进电机的每一相提供一个模拟输入；同时还需要提供两个方向信号，让每一相电流能改变方向。传统的两相步进电机细分驱动电路较为复杂，需要几片专用的芯片来解决。该方法常见的驱动形式是微控制器+DA+步进电机驱动芯片的结构（见附图2），结构复杂，成本高。 

近年来，H桥驱动开始出现并推广，但是因为驱动芯片需要更多的引脚，对于多电机控制，普遍采用了微控制器+CPLD+驱动芯片的方式（见附图3）。H桥电路对过流保护处理不当，容易烧毁芯片，给开发带来不方便。这种方案对多个电机控制并且实现高细分实现起来都比较复杂，而且成本较高，对设计人员的要求也很高。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能同时驱动多个两相步进电机并实现高细分驱动的电路，并提供在该电路上实现高细分驱动两相步进电机的程序设计方法。 

本发明电路的核心组成是微控制器（1）和电机驱动单元（2）。 

微控制器（1）有至少8个可以输出脉宽调制PWM信号的端口（3），且输出脉宽调制PWM信号的频率不低于20K赫兹，分辨率不低于6位。不低于20K赫兹的频率在电机驱动时能有效降低噪声。不低于6位的分辨率能产生出不低于64种的脉宽调制输出宽度，从而在驱动单元上实现不低于64种的电流大小，在软件的配合下，轻松实现64个微步控制，实现两相步进电机的高细分控制。 

驱动单元（2）具有双向恒流驱动能力，并有控制电流方向的方向引脚（4）。集成驱动单元的芯片内包含有一路或两路或者更多的驱动单元。驱动单元通过外部电路被设定在两相步进电机每一相的最大工作电流状态，以保证电机电流不会超过最大工作电流。 

微控制器（1）的脉宽调制PWM端口直接连接到驱动单元的方向引脚（有的芯片也称相位引脚）。包含驱动单元的驱动芯片的其它控制端口连接固定电平或者连接到微控制器（1）的普通端口。 

本发明的电路部分有以下优点：所用元器件少，提高了电路的可靠性；所用器件已经非常成熟，整体方案成本低；使用微控制器来作为主控，降低了设计人员的技术难度。 

在本发明的电路基础上，提出一种控制方法：脉宽调制PWM引脚（3）由微控制器（1）的程序配置为脉宽调制PWM输出；脉宽调制PWM信号输出50%脉宽为0，大于50%为正，小于50%为负；程序按照SIN/COS曲线制作数据表；程序按照每个步进电机一相使用SIN表格输出，另一相使用COS表格输出，从而控制电机的正向反向运动。 

数据表的制作根据细分的要求，微步细分多少步，SIN/COS的每个象限的数据表就包含多少个数据。数据表中的数值由脉宽调制PWM决定。脉宽调制PWM信号输出50%，对应电机的那一相得电流值为0；大于50%为正，对应的电流为正，幅度越大，电流越大；小于50%为负，小得越多，电流越大。 

按照SIN/COS曲线进行驱动，就是把位置变化转化为角度变化，步进电机的每一步就是SIN/COS曲线的一个象限，程序按照位置相应的角度，查表取得相应的SIN/COS对应的脉宽调制PWM数据，从微控制（1）的脉宽调制PWM端口（3）输出，电机线圈中的电流在驱动单元（2）的驱动下就跟随变化，也就实现了步进电机位置的变化。步进电机的转动是一个连续的过程，这个过程是程序持续不断地输出变化的脉宽调制PWM数据实现的。要实现步进电机的正转，就要按照角度增加的方向，不断地根据角度读取表中的数据，输出数据；要实现反转，就是按照角度减小的方向，不断地根据角度读取表中的数据，输出数据。 

程序的流程图见附图4。 该程序设计方法很容易在微控制器上实现，能被广大微控制器软件人员所掌握。

图1 是表示本发明的系统框图。 

图2 是表示采用DA实现多路步进电机细分系统框图。 

图3 是表示采用H 桥实现多路步进电机细分细分系统框图。

图4 是表示适用本发明的一种软件设计流程图。