步進電機作為電磁機械裝置，其進給的分辨率取決于細分驅(qū)動技術(shù),。采用軟件細分驅(qū)動方式,，由于編程的靈活性、通用性,，使得步進細分驅(qū)動的成本低,、效率高，要修改方案也易辦到,。同時,，還可解決步進電機在低速時易出現(xiàn)的低頻振動和運行中的噪聲等。但單一的軟件細分驅(qū)動在精度與速度兼顧上會有矛盾,，細分的步數(shù)越多,，精度越高,，但步進電機的轉(zhuǎn)動速度卻降低；要提高轉(zhuǎn)動速度,，細分的步數(shù)就得減少,。為此，設(shè)計了多級細分驅(qū)動系統(tǒng),，通過不同的細分檔位設(shè)定,，實現(xiàn)不同步數(shù)的細分，同時保證了不同的轉(zhuǎn)動速度,。

　　1 細分驅(qū)動原理

　　步進電機控制中已蘊含了細分的機理,。如三相步進電機按A→B→C……的順序輪流通電，步進電機為整步工作,。而按A→AC→C→CB→B→BA→A……的順序通電,，則步進電機為半步工作。以A→B為例,，若將各相電流看作是向量,，則從整步到半步的變換，就是在IA與IB之間插入過渡向量IAB,，因為電流向量的合成方向決定了步進電機合成磁勢的方向,，而合成磁勢的轉(zhuǎn)動角度本身就是步進電機的步進角度。顯然,，I AB的插入改變了合成磁勢的轉(zhuǎn)動大小,，使得步進電機的步進角度由θb變?yōu)?.5 θb，從而也就實現(xiàn)了2步細分,。由此可見,，步進電機的細分原理就是通過等角度有規(guī)律的插入電流合成向量，從而減小合成磁勢轉(zhuǎn)動角度,，達到步進電機細分控制的目的,。

　　如圖1所示，在三相步進電機的A相與B相之間插入合成向量AB,，則實現(xiàn)了2步細分,。要再實現(xiàn)4步細分，只需在A與AB之間插入3個向量I1,、I2,、I3，使得合成磁勢的轉(zhuǎn)動角度θ1=θ2=θ3=θ4,，就實現(xiàn)了4步細分,。但4步細分與2步細分是不同的，由于I1,、I2,、I3 3個向量的插入是對電流向量IB的分解,，故控制脈沖已變成了階梯波。細分程度越高,，階梯波越復(fù)雜,。

　　在三相步進電機整步工作時，實現(xiàn)2步細分合成磁勢轉(zhuǎn)動過程為IA→IAB→IB,；實現(xiàn)4步細分轉(zhuǎn)動過程為IA→I2→IAB……,；而實現(xiàn)8步細分則轉(zhuǎn)動過程為IA→I1→I2→I3→IAB……?？梢?，選擇不同的細分步數(shù)，就要插入不同的電流合成向量,。

　　2 多級細分驅(qū)動系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　2.1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)由主機,、鍵盤輸入系統(tǒng)、步進顯示系統(tǒng),、步進控制系統(tǒng)組成,。主機采用AT89C51單片機，其為低功耗的8位單片機,，片內(nèi)有一個4K字節(jié)的Flash可編程,、可擦除、只讀存儲器,，故可簡化系統(tǒng)構(gòu)成,，且可滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲空間的要求。主機接收串行口送來的步進控制數(shù)據(jù),，并對其進行處理,，以實施步進控制,。鍵盤輸入系統(tǒng)是用來輸入控制所需的細分檔位,。系統(tǒng)設(shè)計時，考慮到隨著細分的精確化,，如128步細分時,，步距角達到足夠小，能滿足各種步進要求,，故以2的整數(shù)次冪作為細分基準,。步進顯示系統(tǒng)由液晶顯示器顯示當前細分檔位和細分后的步進角等參數(shù)。為了減少電路的復(fù)雜性,，該顯示器顯示的最小單位規(guī)定為0.01°,。步進控制系統(tǒng)由D/A轉(zhuǎn)換部分和驅(qū)動系統(tǒng)組成。D/A轉(zhuǎn)換部分包括３片DAC0830集成芯片和數(shù)據(jù)鎖存系統(tǒng),。DAC0830轉(zhuǎn)換分辨率是8位,，該芯片具有與微處理器兼容,、價格低廉、接口簡單,、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點,。D/A轉(zhuǎn)換部分的功能是將二進制代碼表示的階梯波數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流值輸出，經(jīng)驅(qū)動系統(tǒng)放大,，控制步進電機轉(zhuǎn)動,。驅(qū)動系統(tǒng)采用三級管實現(xiàn)電流放大。

　　2.2 細分階梯波的產(chǎn)生

　　細分的實現(xiàn)過程,，就是插入電流合成向量和轉(zhuǎn)換電流合成向量的過程,。電流合成向量轉(zhuǎn)化的前提是合成向量的插入。在系統(tǒng)中,，由主機根據(jù)設(shè)定的細分檔位,，計算出相關(guān)參數(shù)，經(jīng)查表生成相對應(yīng)的階梯波,，即插入了電流合成向量,。在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的控制信號下，階梯波脈沖由輸出端口經(jīng)鎖存系統(tǒng)送入D/A轉(zhuǎn)換器件DAC0830進行電流合成向量的轉(zhuǎn)化,，輸出對應(yīng)的電流值,，經(jīng)驅(qū)動放大控制步進電機，從而實現(xiàn)了細分驅(qū)動,。

　　電流合成向量的插入是實現(xiàn)細分的關(guān)鍵,，而要得到電流合成向量，首先必須產(chǎn)生階梯波,。由圖1知,，在三相電機半步工作的情況下，要實現(xiàn)4步細分,，就必須將B相電流分成4份,，但不是等分，需保證θ1=θ2=θ3=θ4,。若θ1,、θ2、θ3,、θ4分別對應(yīng)的電流向量是IB1,、IB2、IB3,、IB4,，則在θ1所對應(yīng)的三角形內(nèi)，設(shè)步進角為θb,，則α=180°-θb,，β=θb-θ1,，由正弦定理得考慮到一般情況，由于細分時步進電機控制脈沖波形是階梯型,，如對B相進行4步細分時,其電流輸入依次為IB1,、IB1+ IB2、IB1+ IB2+ IB3,、IB1+ IB2+ IB3+ IB4,，相應(yīng)合成磁勢轉(zhuǎn)過的角度為θ1、θ1+θ2,、θ1+θ2+θ3,、θ1+θ2+θ3+θ4，此時設(shè)IBk即為電流合成向量中B相階梯波中第k階的電流值,，θk即為此時合成磁勢相應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度,。由此推出，對B相來講,，在步進電機的步進角度為θb時,，考慮到IA=IB，則階梯波型其任一階的電流值為同理,，可求得A相和C相在細分時對應(yīng)的階梯波電流值,。對（1）式求解，考慮D/A器件DAC0830的轉(zhuǎn)換精度是8位,，轉(zhuǎn)換穩(wěn)定時間是1 μs,，故最大進行了128步細分的運算，相應(yīng)求得其對應(yīng)的細分電流值,，并進行了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換,，得到對應(yīng)的二進制數(shù)值列表。此時,，列表全部的數(shù)值就是在實現(xiàn)128步細分時,，對應(yīng)階梯波各階的電流值。

　　2.3 多級細分驅(qū)動的實現(xiàn)

　　要在細分的基礎(chǔ)上實現(xiàn)多級細分,，就必須針對不同的細分檔位生成不同的階梯波,。為此,，該系統(tǒng)采用了循環(huán)增量查表法,。首先建立階梯波數(shù)值存儲表格，有兩種方法,，一種是針對每種細分方式建立相應(yīng)的表格,，其特點是細分種類多樣，但表格所占空間較大,；另外一種,，也就是該系統(tǒng)采用的,，以最大細分檔位對應(yīng)的步數(shù)僅建立一個表格，大大減少了所需的存儲空間,，并減少了程序運行中的不穩(wěn)定因素,。在具體控制中，該系統(tǒng)通過設(shè)定循環(huán)增量基數(shù),，使不同的細分檔位對應(yīng)不同的細分步數(shù),，實現(xiàn)了多級細分驅(qū)動。

　　循環(huán)增量基數(shù)是指針對不同的細分檔位,，實現(xiàn)等間隔尋址時相應(yīng)跳躍的步數(shù),。循環(huán)增量基數(shù)是在細分檔位設(shè)定后，由相應(yīng)的計算公式得到,。由于該系統(tǒng)最大細分步數(shù)為128步,，即表格最大長度為128個字節(jié)，若細分步數(shù)為m步,，則循環(huán)增量基數(shù)為LB=（128/m）-1,。不同的檔位對應(yīng)不同的循環(huán)增量基數(shù)，同一表格就產(chǎn)生了多級細分所需的階梯波,。

　　另外,，在整步控制的基礎(chǔ)上，若細分為m步,，對每m步運行中的各項電流值進行分析比較,，可發(fā)現(xiàn)存在以下規(guī)律，即各相電流值的變化趨勢,，隨著相位變化循環(huán)地出現(xiàn),。