基于TA8435H步进电机驱动.doc

基于TA8435H步进电机细分驱动 摘要：本设计采用脉宽调制式斩波驱动方式，运用TA8435H步进电机专用芯片设计了一个两相步进电机细分驱动模块。模块中TA8435H芯片将来至MCU等控制器的单一脉冲信号进行脉冲分配，并在芯片内部提高驱动能力，进而驱动步进电机。该驱动模块具有以下特点：工作电压范围宽(10～40 v)；输出电流大，可达1．5 A(平均)和2．5 A(峰值)；具有整步、半步、1／4细分、1／8细分运行方式可供选择； 具有正／反转控制功能和复位和使能功能；编程简单，控制方便。 关键字：步进电机 细分驱动 TA8435H 系统设计 1.1 设计要求 设计并制作一个步进电机驱动模块，要求能实现控制器对步进电机的控制尽可能的精确，占用控制器的资源尽可能少，而且控制方便，程序简单。 1.2 总体设计方案 1.2.1 设计思路 根据题目要求，此设计主要采用以下基本模块来实现，脉冲信号产生模块，脉冲信号分配模块，功率放大模块，设计方框图如图1.2.1所示。 图1.2.1 总体设计方框图 其中脉冲信号产生模块用于产生步进电机工作所需要的脉冲信号，信号分配模块用于将信号产生模块所发出的环形脉冲进行分配，信号放大模块用于将经分配后的脉冲信号进行放大，以便于能驱动步进电机。 1.2.2 系统方案论证与选择 方案一：由单片机编程产生并分配环形脉冲，由分散元件构成功率放大电路，信号经其放大后驱动步进电机。设计方框图如图1.2.2所示。 图1.2.2 方案一 该方案由单片机作为脉冲产生模块以及脉冲分配模块，经编程后从单片机输出已经分配的环形脉冲，经一些分散元件构成的放大电路放大后驱动步进电机。此方案结构简单易行，驱动电机所需要的控制信号直接由软件实现。由分散元件构成的放大电路实现简单，而且所需元件常见，价格便宜，节约成本。但是该设计在步进电机在低频工作时，振动大、噪声大。另外占用单片机资源较多，编程复杂，而且不能实现对脉冲实现细分，达到对步进电机的精确控制。 方案二：由单片机产生脉冲，经L298N芯片进行脉冲分配和功率放大后，将脉冲信号输入步进电机进行驱动。设计方案如图1.2.3所示。 图1.2.3 方案二 L298N可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可直接通过电源来调节输出电压直接用单片机的IO口提供信号。调试相对繁琐，最大只能1/4细分，低速运行震动噪音较大，且该芯片较贵。 方案三：由单片机产生脉冲，经TA8435H专用芯片进行脉冲分配和功率放大后，将脉冲信号输入步进电机进行驱动。设计方案如图1.2.4所示。 图1.2.4 方案三 使用细分方式，能很好的解决步进电机在低频工作时，振动大、噪声大的问题。步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步距角的细分。跟用L298N比较：调试简单，最大1/8细分，低速运行震动噪音小；不但简化了电路而且该芯片价格更加便宜。 通过综合比较为达到最佳驱动效果，选择TA8435H芯片驱动步进电机。 2.理论分析与计算 进电机有两种工作方式：整步方式和半步方式。以步进角1．8°四相混合式步进电机为例，在整步方式下，步进电机每接收一个脉冲，旋转1．8°，旋转一周，则需要2OO个脉冲。在半步方式下，步进电机每接收一个脉冲，旋转0．9°，旋转一周脉冲数: N=2π/0．9° =400 旋转一周，则需要4OO个脉冲。控制步进电机旋转必须按一定时序对步进电机引线输入脉冲。以四相六线制电进电机为例，其半步工作方式和整步工作方式的控制时序如表1和表2所列。步进电机在低频工作时．会有振动大、噪声大的缺点。如果使用细分方式，就能很好的解决这个问题。步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电机步距角的细分。一般情况下，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之间的夹角大小决定了步距角的大小。步进电机半步工作方式就蕴涵了细分的工作原理。 在图2.1中，第一个CK时钟周期时，解码器打开桥式驱动电路，电流从VMA流经电机的线圈后经RNFA后与地构成回路，由于线圈电感的作用，电流是逐渐增大的，所以RNFB上的电压也随之上升。当RNFB上的电压大于比较器正端的电压时，比较器使桥式驱动电路关闭，电机线圈上的电流开始衰减，RNFB上的电压也相应减小；当电压值小于比较器正向电压时，桥式驱动电路又重新导通，如此循环