1 引言

　　步進(jìn)電機定位準確且與數字電路接口連接方便．無(wú)需反饋就能實(shí)現準確的角位移，在數控機床等許多領(lǐng)域中均得到了廣泛應用。但是，傳統的步進(jìn)電機定位系統是由控制器件產(chǎn)生脈沖，然后加在環(huán)形分配器和功率驅動(dòng)部分，最后連接至電機的控制方式，其軟硬件的實(shí)現都較為復雜，成本偏高，難以滿(mǎn)足現代工業(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，內置功率驅動(dòng)的A3992型兩相步進(jìn)電機微步距驅動(dòng)器，以C805117300單片機為控制核心設計了一個(gè)驅動(dòng)控制電路。該驅動(dòng)控制電路能簡(jiǎn)單方便實(shí)現電機的微步距控制，不僅解決了步進(jìn)電機步距角大的問(wèn)題。提高了步進(jìn)電機的分辨率，減弱或消除了步進(jìn)電機的低頻振動(dòng)．也改善了電機的其他性能，具有控制靈活，維護簡(jiǎn)單，成本較低的特點(diǎn)，完全能滿(mǎn)足中小企業(yè)的生產(chǎn)要求。

　　2 系統組成與工作原理

　　圖1示出基于A(yíng)3992和C805lF300控制的兩相步進(jìn)電機驅動(dòng)系統組成框圖。其中，上位機主要完成命令指示等控制功能；C8051F300主要用來(lái)接收上位機的指令參數。然后向A3992驅動(dòng)器寫(xiě)控制字；A3992驅動(dòng)電路主要完成按接收的控制字向電機提供相應的驅動(dòng)電流。

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　　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級MCU器件(SOC)，其主要特點(diǎn)是：

　　(1)高性能指令處理能力 采用Cygnal專(zhuān)利的高速管線(xiàn)式CIP一51(與8051全兼容)微控制器內核：

　　(2)完善的時(shí)鐘系統采用可編程25 MHz內部時(shí)鐘發(fā)生器，不僅支持外部時(shí)鐘，也支持使用過(guò)程中內外時(shí)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)片內模數轉換 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轉換器；

　　(5)豐富的存儲器資源 采用256字節片內RAM．8 KB片上Flash存儲器，支持系統512字節(扇區)編程；

　　(6)增強的中斷資源 采用內含12個(gè)中斷源，適用于多任務(wù)、實(shí)時(shí)系統的開(kāi)發(fā)；

　　(7)豐富的片上資源 采用片內溫度傳感器、電源監測器、片上電壓比較器及上電復位、SMBUS／I2C和URAT接口、3個(gè)16位通用定時(shí)器、可編程定時(shí)器陣列(PCA)并帶有比較／捕捉模塊和WDT3種功能：

　　(8)可編程的數字I／O口和交叉開(kāi)關(guān)(crossbar)在這種交叉開(kāi)關(guān)配置的I／O端口系統中，可以通過(guò)配置相應的寄存器將內部數字資源連接到物理I／O引腳上。改變了傳統MCS一51單片機的固定I／O模式：

　　(9)在線(xiàn)調試功能具有Cygnal2-Wire(C2)調試電路，支持存儲器和寄存器的校驗和修改、斷點(diǎn)和單步。無(wú)需額外的RAM、程序存儲器及定時(shí)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、反轉和加減速等信息，該信號通過(guò)C8051F300的I／O端口進(jìn)入單片機，單片機利用3條與A3992相連的I／O數據線(xiàn)．控制驅動(dòng)器按用戶(hù)的要求驅動(dòng)電機運轉。

　　2．2 A3992驅動(dòng)電路

　　A3992型雙DMOS全橋微步距脈寬調制(PWM)步進(jìn)電機驅動(dòng)器可利用控制器件通過(guò)3線(xiàn)串行接口(CLK，DATA，STROBE)對其進(jìn)行控制．并能方便地調節步進(jìn)電機的運轉方向，實(shí)現各種不同的步進(jìn)法(從整步驅動(dòng)到最高可達64細分的微步距驅動(dòng))，使步進(jìn)電機的驅動(dòng)方式具有很大的靈活性。

　　A3992是通過(guò)3線(xiàn)串口寫(xiě)控制字來(lái)實(shí)現的。A3992的控制字有Word0和Wordl兩個(gè)，每個(gè)控制字包含19個(gè)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(shí)，A3992便進(jìn)入WordO模式；Wordl是時(shí)間數據控制字，當DO=1時(shí)，A3992便進(jìn)入Wordl模式。詳細的各位數據設置參見(jiàn)文獻。

　　A3992只需很少的R，C元件即可組成兩相步進(jìn)電機的微步距驅動(dòng)電路。圖2是A3992的典型應用電路，其連續輸出的額定電流可達1．5 A。電壓可達50 V。

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　　C805lF300不斷地通過(guò)3線(xiàn)串口向A3992寫(xiě)入控制字Word0，A3992根據所輸入的控制字，調整橋電流的方向和大小，從而控制步進(jìn)電機按用戶(hù)的實(shí)際需要運轉。需要注意的是，控制字Wordl是時(shí)間數據控制字，用于設置死區時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間和快速衰減時(shí)間等相關(guān)參數，所以C8051F300只需對A3992進(jìn)行一次設置即可，不必反復進(jìn)行寫(xiě)操作。

　　3 系統硬件設計

　　該系統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驅動(dòng)電路組成。其中，上位機主要實(shí)現用戶(hù)與單片機的交互，并通過(guò)單片機的串口實(shí)現與單片機的通信。圖3給出C8051F300串口和RS232的接口電路。

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　　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端口構成。其中，供電電源采用了A1117穩壓器，將5 V輸入電壓轉換成C8051F300適用的3.3 V供電電壓，從而保證了供電電源的精度。A3992驅動(dòng)電路是整個(gè)系統的功率部分，接收來(lái)自控制電路的信號，兩橋橋臂輸出滿(mǎn)足一定時(shí)序的相電流，從而實(shí)現驅動(dòng)步進(jìn)電機按用戶(hù)的要求運轉。圖4所示給出了系統的主體硬件電路。

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　　4 系統軟件設計

　　根據系統硬件設計的相關(guān)要求設計軟件程序，完成系統初始化，接收來(lái)自用戶(hù)的輸入指令，控制驅動(dòng)器按要求運轉等功能。具體的系統軟件流程設計如圖5所示。其中系統初化包括對單片機內的看門(mén)狗、I／O端口和A3992的控制字Word0、Wordl參數的初始化。

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　　采用該步進(jìn)電機驅動(dòng)方案可以靈活通過(guò)軟件編程對步進(jìn)電機進(jìn)行最高可達64細分的微步距驅動(dòng)，因而可方便快捷地改善步進(jìn)電機的運行性能。

　　5 結語(yǔ)

　　討論了基于A(yíng)3992和C805lF300控制的兩相步進(jìn)電機驅動(dòng)方案，簡(jiǎn)要介紹了系統各個(gè)硬件模塊的實(shí)現，給出系統軟件設計流程。該設計方案的各部分硬件模塊連接簡(jiǎn)單，集成度高，可靠性強，易于調試和維護，體積小，成本低，具有很高的推廣價(jià)值。