1 引言
步進電機定位準確且與數(shù)字電路接口連接方便．無需反饋就能實現(xiàn)準確的角位移,，在數(shù)控機床等許多領域中均得到了廣泛應用。但是,，傳統(tǒng)的步進電機定位系統(tǒng)是由控制器件產(chǎn)生脈沖，然后加在環(huán)形分配器和功率驅(qū)動部分,，最后連接至電機的控制方式,，其軟硬件的實現(xiàn)都較為復雜，成本偏高,，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展所需的精度和集成度等要求,。采用美國Allegro公司推出的一款易操作，內(nèi)置功率驅(qū)動的A3992型兩相步進電機微步距驅(qū)動器,，以C805117300單片機為控制核心設計了一個驅(qū)動控制電路,。該驅(qū)動控制電路能簡單方便實現(xiàn)電機的微步距控制，不僅解決了步進電機步距角大的問題,。提高了步進電機的分辨率,，減弱或消除了步進電機的低頻振動．也改善了電機的其他性能，具有控制靈活,，維護簡單,，成本較低的特點，完全能滿足中小企業(yè)的生產(chǎn)要求,。
2 系統(tǒng)組成與工作原理
圖1示出基于A3992和C805lF300控制的兩相步進電機驅(qū)動系統(tǒng)組成框圖,。其中，上位機主要完成命令指示等控制功能,；C8051F300主要用來接收上位機的指令參數(shù),。然后向A3992驅(qū)動器寫控制字；A3992驅(qū)動電路主要完成按接收的控制字向電機提供相應的驅(qū)動電流,。
2．1 C8051F300控制電路
C805117300是美國Cygnal公司的一款完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU器件(SOC),，其主要特點是：
(1)高性能指令處理能力 采用Cygnal專利的高速管線式CIP一51(與8051全兼容)微控制器內(nèi)核：
(2)完善的時鐘系統(tǒng)采用可編程25 MHz內(nèi)部時鐘發(fā)生器，不僅支持外部時鐘,，也支持使用過程中內(nèi)外時鐘發(fā)生器之間的切換：
(3)低功耗供電電壓為2．7~3．6 V,，其典型工作電流在25 MHz下為5 mA：
(4)片內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換 采用11通道真正的8位500 Ks／s．具有可編程前置放大器(PGA)和模擬多路復用器(AMUX)的A／D轉(zhuǎn)換器；
(5)豐富的存儲器資源 采用256字節(jié)片內(nèi)RAM．8 KB片上Flash存儲器,，支持系統(tǒng)512字節(jié)(扇區(qū))編程,；
(6)增強的中斷資源 采用內(nèi)含12個中斷源,，適用于多任務、實時系統(tǒng)的開發(fā),；
(7)豐富的片上資源 采用片內(nèi)溫度傳感器,、電源監(jiān)測器、片上電壓比較器及上電復位,、SMBUS／I2C和URAT接口,、3個16位通用定時器、可編程定時器陣列(PCA)并帶有比較／捕捉模塊和WDT3種功能：
(8)可編程的數(shù)字I／O口和交叉開關(crossbar)在這種交叉開關配置的I／O端口系統(tǒng)中,，可以通過配置相應的寄存器將內(nèi)部數(shù)字資源連接到物理I／O引腳上,。改變了傳統(tǒng)MCS一51單片機的固定I／O模式：
(9)在線調(diào)試功能具有Cygnal2-Wire(C2)調(diào)試電路，支持存儲器和寄存器的校驗和修改,、斷點和單步,。無需額外的RAM、程序存儲器及定時器等,。
C8051F300是連接上位機和A3992的橋梁,。上位機的指令信號包含電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和加減速等信息,，該信號通過C8051F300的I／O端口進入單片機,，單片機利用3條與A3992相連的I／O數(shù)據(jù)線．控制驅(qū)動器按用戶的要求驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)。
2．2 A3992驅(qū)動電路
A3992型雙DMOS全橋微步距脈寬調(diào)制(PWM)步進電機驅(qū)動器可利用控制器件通過3線串行接口(CLK,，DATA,，STROBE)對其進行控制．并能方便地調(diào)節(jié)步進電機的運轉(zhuǎn)方向，實現(xiàn)各種不同的步進法(從整步驅(qū)動到最高可達64細分的微步距驅(qū)動),，使步進電機的驅(qū)動方式具有很大的靈活性,。
A3992是通過3線串口寫控制字來實現(xiàn)的。A3992的控制字有Word0和Wordl兩個,，每個控制字包含19個位(D0～D18),，先傳送高位D18，最后傳送最低位DO,。其中Word0是橋電流控制字,，當DO=0時，A3992便進入WordO模式,；Wordl是時間數(shù)據(jù)控制字,，當DO=1時，A3992便進入Wordl模式,。詳細的各位數(shù)據(jù)設置參見文獻,。
A3992只需很少的R，C元件即可組成兩相步進電機的微步距驅(qū)動電路,。圖2是A3992的典型應用電路,，其連續(xù)輸出的額定電流可達1．5 A,。電壓可達50 V。
C805lF300不斷地通過3線串口向A3992寫入控制字Word0,，A3992根據(jù)所輸入的控制字,，調(diào)整橋電流的方向和大小，從而控制步進電機按用戶的實際需要運轉(zhuǎn),。需要注意的是,，控制字Wordl是時間數(shù)據(jù)控制字，用于設置死區(qū)時間,、關斷時間和快速衰減時間等相關參數(shù),，所以C8051F300只需對A3992進行一次設置即可，不必反復進行寫操作,。
3 系統(tǒng)硬件設計
該系統(tǒng)硬件設計主要是由上位機與單片機接口,、單片機控制電路和A3992驅(qū)動電路組成。其中,，上位機主要實現(xiàn)用戶與單片機的交互，并通過單片機的串口實現(xiàn)與單片機的通信,。圖3給出C8051F300串口和RS232的接口電路,。
單片機控制電路由C8051F300單片機、供電電源,、濾波電容和一系列的I／O端口構(gòu)成,。其中，供電電源采用了A1117穩(wěn)壓器,，將5 V輸入電壓轉(zhuǎn)換成C8051F300適用的3.3 V供電電壓,，從而保證了供電電源的精度。A3992驅(qū)動電路是整個系統(tǒng)的功率部分,，接收來自控制電路的信號,，兩橋橋臂輸出滿足一定時序的相電流，從而實現(xiàn)驅(qū)動步進電機按用戶的要求運轉(zhuǎn),。圖4所示給出了系統(tǒng)的主體硬件電路,。
4 系統(tǒng)軟件設計
根據(jù)系統(tǒng)硬件設計的相關要求設計軟件程序，完成系統(tǒng)初始化,，接收來自用戶的輸入指令,，控制驅(qū)動器按要求運轉(zhuǎn)等功能。具體的系統(tǒng)軟件流程設計如圖5所示,。其中系統(tǒng)初化包括對單片機內(nèi)的看門狗,、I／O端口和A3992的控制字Word0、Wordl參數(shù)的初始化,。
采用該步進電機驅(qū)動方案可以靈活通過軟件編程對步進電機進行最高可達64細分的微步距驅(qū)動,，因而可方便快捷地改善步進電機的運行性能,。
5 結(jié)語
討論了基于A3992和C805lF300控制的兩相步進電機驅(qū)動方案，簡要介紹了系統(tǒng)各個硬件模塊的實現(xiàn),，給出系統(tǒng)軟件設計流程,。該設計方案的各部分硬件模塊連接簡單，集成度高,，可靠性強,，易于調(diào)試和維護，體積小,，成本低,，具有很高的推廣價值。