L297/L298芯片步進電機的單片機控制實現

1 引言

步進電動機是將電脈沖激勵信號轉換成相應的角位移或線位移的離散值控制電動機，這種電動機每當輸入一個電脈沖就動一步，所以又稱脈沖電動機。步進電動機把電脈沖信號變換成角位移以控制轉子轉動的微特電機。在自動控制裝置中作為執行元件。每輸入一個脈沖信號，步進電動機前進一步，故又稱脈沖電動機。步進電動機多用于數字式計算機的外部設備，以及打印機、繪圖機和磁盤等裝置。 在數字控制系統中具有精度高，運行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現閉環控制。步進電動機已廣泛地應用于數字控制系統中，如數模轉換裝置、數控機床、計算機外圍設備、自動記錄儀、鐘表等之中，另外在工業自動化生產線、印刷設備等中亦有應用。

2 工作原理

由于步進電機是一種將電脈沖信號轉換成直線或角位移的執行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專用設備-步進電機控制驅動器典型步進電機控制系統如圖1所示：控制器可以發出脈沖頻率從幾赫茲到幾十千赫茲可以連續變化的脈沖信號，它為環形分配器提供脈沖序列。環形分配器的主要功能是把來自控制環節的脈沖序列按一定的規律分配后，經過功率放大器的放大加到步進電機驅動電源的各項輸人端，以驅動步進電機的轉動。環形分配器主要有兩大類：一類是用計算機軟件設計的方法實現環分器要求的功能，通常稱軟環形分配器。另一類是用硬件構成的環形分配器，通常稱為硬環形分配器。

圖1 典型步進電機控制框圖

3 硬件組成

文中所控制的步進電機是四相單極式35BY48HJ120減速步進電動機。本文所設計的步進電機控制驅動器的框圖如圖2所示。片內置8K字節可重復擦寫的Flash閃速存儲器。256字節RAM。3個16位定時器。可編程串行UART通道。

圖2 本文提出的步進電機控制驅動器框圖

L297是意大利SGS半導體公司生產的步進電機專用控制器，它能產生4相控制信號，可用于計算機控制的兩相雙極和四相單相步進電機，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進電機。它們所組成的微處理器至雙橋式步進電動機的接口如圖3所示。這種方式結合的優點是，需要的元件很少，可靠性高和占空間少，并且通過軟件開發，可以簡化和減輕微型計算機的負擔。

L297芯片是一種硬件環分集成芯片。芯片內的PWM斬波器電路可開關模式下調節步進電機繞組中的電機繞組中的電流。該集成電路采用了SGS公司的模擬/數字兼容的I2L技術，使用5V的電源電壓，全部信號的連接都與TFL/CMOS或集電極開路的晶體管兼容。它可產生四相驅動信號，用于計算機控制的兩相雙極或四相單極步進電機，這一部分是由兩種輸入模式控制，方向控制（CW/CCW） 和HALF/FULL 以及步進式時鐘CLOCK.它將譯碼器從一階梯推進至另一階梯。譯碼器有四個輸出點連接到輸出邏輯部分，因此L297能產生三種相序信號，對應于三種不同的工作方式：即半步方式（HALF STEP）；基本步距（FULL STEP，整步）一相激勵方式；基本步距兩相激勵方式。脈沖分配器內部是一個3bit可逆計數器，加上一些組合邏輯。產生每周期8步格雷碼時序信號，這也就是半步工作方式的時序信號。