万方数据基于带PWM模块单片机的步进电机细PWM己口口7年]月第己国莹第]期motormoduleSubdiVisiondriVingsteppingsinglechiptechnologyofbasedWenxiangO引言1步进电机PWM驱动原理带的PwM模块实现仪表步进电机驱动的方法，这种方式王辉堂颜自勇陈文芗(厦门大学机电工程系摘要：本文以两相双极式步进电机为例，介绍了一种利用单片机自带的PwM模块实现步进电机细分驱动的方法。该方法充分利用单片机的PwM硬件资源，通过配置硬件PwM模块，产生占空比不同的方波，在电机线圈内产生近似正弦波的阶梯型电流。与常用的恒频脉宽调制方式相比，该方法不需要EI／A转换器和锯齿波发生器，不仅有利于简化电路和节约成本，而且能提高细分精度和电机运行平稳性，适用于需要精密控制的仪器仪表。关键词：PwM；细分驱动；步进电机；单片机WangWeKeywords：PWM；subdivision步进电机是精密仪器仪表中常用的自动化执行部件，具有快速起停、精确步进、易于控制等优点。但是受制造工艺的影响，步进电机一般步距角较大，且有低频振动、噪声等缺点，不能应用于精度、平稳性要求较高的场合。步进电机细分驱动技术是20世纪70年代中期发展起来的可以显著改善步进电机性能并提高步进精度的驱动控制技术。PwM(脉宽调制)细分技术是目前较为常用的方式，其实质是通过在电机线圈中产生阶梯型电流从而改善电机性能并达到细分的目的。随着仪器仪表技术的发展，各种带PWM模块的单片机越来越多地应用于仪器仪表中，用它可以直接实现仪表中步进电机的细分驱动。本文介绍了一种利用单片机自具有以下优点：(1)与传统的硬件PwM方式相比，驱动电路明显简化，不需要D／A转换器和锯齿波发生器；(2)与纯软件模拟PWM方式相比，程序简单且占用CPU时间少。步进电机是通过对定子上的各个线圈交替通电产生步进式旋转磁场，从而带动转子作步进式旋转。用MCU驱动步进电机最简单的方式是整步驱动，即直接用单片机的IO口产生各相脉冲通过功率器件来控制电机运转，其电流波形和旋转磁场矢量如图1所示(以两相双极步进电机为例)。这种方法虽然简单却存在精度不高、相电流突变导致运行不够平稳、有噪声等缺点。细分驱动技术的实质用近似正弦波的阶梯型电流代替矩形波电流，产生一个微步旋转磁场，从而带动电机以更小的步距角转动，其电流波形和旋转磁场矢量如图2所示。同时由于正弦波电流变化平滑，使电机运行更平稳、噪声更小。PwM技术是采用脉宽调制方式，即占空比不同的方波电压产生不同的平均电流，由于电机线圈电感对电流变化的阻碍作用，线圈中的电流波形如图3所示围绕平均值L上下波动，当PwM波的频率足够高时，线圈中的电流可以看成大小为L的恒定电流。通过调节占空比可以产作者简介：王辉堂(1981)，男，硕士研究生，主要研究方向为单片机应用技术。厦门361005)onHuitang(DepartmentMechanicalmethodsubdivisionsir培1echip．cyclescalarformthe[)／Aimprovestabilitymovementmotor，withsimpleinstrumentcontr01ledaccurately．YanZiyongChenandE1ectronic，XiamenUniversity，XiamenAbstract：Thispresenteddrivingintegratedinwavedifferentdutybyconfiguringtheproducecoils．Thedoesrrtneedsawtoothitprecisioncircuit，andisusedscientificwhichneedsbedriving；steppingH10tor；singlechippapergeneratesquaretocurrentconvertergenerator，soacan万方数据乩<鋈题压斛＼／汤、L|L7朋厂|]n么／与克j去厂]∑一么∑一／∑一{；j?|§％‰％§‰％§‰％《‰％％％％}|；。。。。萋藿霪餮藿餮藿餮藿餮藿餮藿餮藿餮饕霪懑蠢甏杀黾亳甏3飘?凌漱漆瀚添己口口7年]月厂(∞f)一A。+∑B枷sin尼∞f+∑G。cos尼∞f式(1)中高次谐波分量∑毯，sin尼∞f和∑G。cos如f咒l一＼／产生频率为几十千赫兹的恒频锯齿波，预先计算出各个阶正比的方波。这种方式存在驱动电路较复杂、精度不高的计算出各个位置所对应的电流值。将各电流值转换为对式中：A。等于一个周期内的平均值。号对应的占空比。将各个电流值对应的占空比列成表，程2用LPC2119细分驱动两相步进电机l，lPwM方式下的电流波形／／浦信县作由庠№榕．眇榕裟的