基于MSP430F6638的步进电机驱动系统设计(2)
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像直流电机、交流电机那样能够在常规下使用，即步进电机不能直接连接到交直流电源上。它必须通过一个由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成的控制系统方可使用【1】。所以，虽然步进电机应用很广泛，但想要用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子以及及计算机等许多专业知识。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗的讲：当步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号时，步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称作步进角），即步进一步。因此我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到准确定位的目的；同时又可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机驱动系统的性能，除了与电机本身有关的性能有关外，在很大程度上也取决于驱动器的优劣。典型的步进电机的驱动系统包括一个步进电机控制器、步进电机和步进电机驱动器。而驱动器是由逻辑控制电路、功率驱动电路、保护电路和电源组成【2】。
步进电机由电机轴上的脉冲电流一步的角度增量来控制。转子角位移正比于输入的脉冲数，转子的角速度正比于输入脉冲的频率，转子的角速度的旋转方向取决于定子绕组的通电的顺序【2】。在步进电机的转动过程中具有一定的步距误差，但没有误差累积。如果控制绕组的电流保持恒定，则步进电机可以被停止在某个位置不动。由于步进电机是感应元件，感抗正比于它的输入频率。假设步进电机的转速增加，感抗也相应增加。在这种状态下，电机线圈电流减小，导致电机的输出力矩达不到要求，严重者可导致电机停转或只是振动而电机却不转。这需要驱动器电路能够提供稳定的输出电流，从而使步进电机稳定旋转。从性能方面来优化步进电机主要有两个方向：一是使步机电机具有良好的加速和减速过程，以保证其在较高运行频率的加减速过程中不失步不过冲； 二是步进电机的细分技术，使步进电机有更良好的精度和运行平稳度。随着单片机技术的研究和应用，在两个方向上有了更广泛的发展。为此，我们设计了步进电机驱动器的驱动程序，可对步进电机的转速和旋转方向实现控制。
1.2课题意义
步进电机作为数字执行元件，具有成本低、易控制、定位方便和步距误差不长期积累等优点【3】。步进电机的控制是工业自动化控制过程一个重要的环节，早在20 世纪20 年代人们就开始使用这种电机，它被广泛应用在数控装置、绘图机、机械手、印刷和包装设备等工业、军事、汽车、娱乐业和医疗自动化领域中。只要是需要把某一物体从一个位置移动到另一个位置，步进电机就一定能派上用场。但是步进电机在应用中也存在一些制约性的因素，如低速平稳性差、高速快速响应能力差、效率低和能耗大等。步进电机多应用于开环控制的场合，如果不对转子的位置和角速度进行检测，则将较容易在运行过程中产生失步和振荡。另外，步进电机不能简单地直接接到普通的交直流电源上运转，它需要专门的驱动控制器，步进电机和与之配套的驱动控制器密不可分，在电机本体选定的情况下，驱动控制器的好坏很大程度上影响着整个系统的运行性能【4】。通过研制高性能的驱动控制器可以大大改善步进电机的应用领域。因此，研制步进电机驱动系统具有十分重要的现实意义和极大的经济价值。
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