基于L297和L298的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)
引言
步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于對(duì)精度要求比較高的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，如機(jī)器人、打印機(jī)、軟盤驅(qū)動(dòng)器、繪圖儀、機(jī)械閥門控制器等。目前，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器體積比較大，同時(shí)由于分散器件的延時(shí)，其可靠性大大降低；軟件環(huán)形分配器要占用主機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，降低了速度；專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器集成度高、可靠性好，但其適應(yīng)性受到限制，同時(shí)開發(fā)周期長(zhǎng)、需求費(fèi)用較高。
步進(jìn)電機(jī)控制
步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)和混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的****特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：
(1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：混合式步進(jìn)電機(jī)的工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C-D，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A，B，C，D相的通斷，這就是所謂脈沖環(huán)形分配器。
(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。
(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。
L297和L298組成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
SGS公司的L297單片步進(jìn)電機(jī)控制集成電路適用于雙極性兩相步進(jìn)電機(jī)或四相單極性步進(jìn)電機(jī)的控制，與兩片H橋式驅(qū)動(dòng)芯片L298組合，組成完整的步進(jìn)電機(jī)固定斬波頻率的PWM恒流斬波驅(qū)動(dòng)器。
L297產(chǎn)生四相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用以控制雙極性兩相步進(jìn)電機(jī)或四相單極性步進(jìn)電機(jī)，可以采用半步、兩相勵(lì)磁、單相勵(lì)磁三種工作方式控制步進(jìn)電機(jī)，并且控制電機(jī)的片內(nèi)PWM斬波電路允許三種工作方式的切換。使用 L297突出的特點(diǎn)是外部只需時(shí)鐘、方向和工作方式三個(gè)輸入信號(hào)，同時(shí)L297自動(dòng)產(chǎn)生電機(jī)勵(lì)磁相序減輕了微處理器控制及編程的負(fù)擔(dān)。L297具有DIP20和SO20兩種封裝形式，可用于控制集成橋式驅(qū)動(dòng)電路或分立元件組成的驅(qū)動(dòng)電路。
L297主要由譯碼器、兩個(gè)固定斬波頻率的PWM恒流斬波器以及輸出邏輯控制組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 L297內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖
L297另一重要組成是PWM斬波器控制相繞組電流，實(shí)現(xiàn)恒流斬波控制，以獲得良好的轉(zhuǎn)矩-頻率特性。每個(gè)斬波器由一個(gè)比較器、一個(gè)RS觸發(fā)器以及外接采樣電阻組成(見圖2)內(nèi)部設(shè)有一公共振蕩器，向兩個(gè)斬波器提供觸發(fā)脈沖信號(hào)，脈沖頻率是由外接的RC網(wǎng)絡(luò)決定，當(dāng)
時(shí)振蕩器脈沖使觸發(fā)器置“1”，電機(jī)繞組相電流上升，采樣電阻RS的電壓上升到基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，使觸發(fā)器復(fù)位，功率晶體管關(guān)斷，電流下降，等待下一個(gè)振蕩器脈沖的到來。這樣，觸發(fā)器輸出是恒頻的PWM信號(hào)，調(diào)制L297的輸出信號(hào)，繞組相電流峰值由Vref決定。
CONTROL信號(hào)用以選擇斬波信號(hào)控制。當(dāng)它為低電平時(shí)，斬波信號(hào)作用于兩個(gè)禁止信號(hào)，高電平時(shí)，斬波信號(hào)作用于A、B、C、D信號(hào)。前者適用于單極性工作方式，而對(duì)于雙極性工作方式的電機(jī)，這兩種控制方式都可以采用。
