基于MSP430F6638的步进电机驱动系统设计(3)
1.3课题目的
通过基于MSP430F6638单片机及步进电机来设计驱动控制系统，学会运用模电、数电、单片机和测量等综合的知识，完成系统设计，采用PWM 控制方法实现对步进电机的细分调速驱动，使得步进电机一步的角度下降到9°以下（电角度45°以下），同时可以使用变阻器调节步进电机连续旋转的旋转速度。将步进电机的转速显示在段式液晶上 。
1.4国内外发展现状及趋势
1.5课题主要内容
本课题将对步进电机细分驱动的工作原理以及PWM控制进行介绍和分析，并根据设计要求利用Protel 99SE软件设计硬件电路，通过C语言编程方法完成相关的驱动程序设计，实现PWM控制，并对硬件电路和相关软件程序进行说明。简单介绍基于MSP430F6638的教学开发系统实验平台和CCS(Code Composer Studio)开发环境，完成单片机的上电初始化设计，并对所设计的驱动程序完成系统的调联。此外，还将完成液晶屏的显示驱动设计，使步进电机利用变阻器调节的旋转速度显示在段式液晶上。
2 技术分析
2.1 步进电机细分驱动
很多时候我们要求步进电机运行时有更小的步距角和更高的分辨率，由步进电机的步矩角公式【5】：
（1-1） 式中Zr为转子齿数 ， N 为相数。
可以看出，电机的步距角大小由步进电机的自身参数Zr 、N决定，然而因为受到电机制造工艺的限制，仅仅靠增加Zr、N来使电机步距角减少会受到一定限制，所以此时就必须通过改变电机的驱动方式来获得更小的步距角。
细分原理：
为了实现步进电机步距角的细分，就要从驱动器输入的控制信号出发，可以在每次输入脉冲切换时，不是全部通入或切除绕组电流，而是只改变相应绕组中额定电流的一部分，则此时电机的合成磁势也只原来的一部分，转子的每步运行也只有步距角的一部分。经过上述变化后绕组电流已不是一个方波，而是阶梯波，额定电流是台阶式的投入或切除，电流分成步多少个台阶，则转子就以同样的步数转过一个步距角，从而将一个步距角细分为了多步。这种将一个步距角细分成若干步的驱动方法，称为细分驱动。步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了。例如当驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为该电机固有步距角的十分之一，也就是:当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.80;而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.180。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。步进电机细分驱动技术可以减小步进电机的步距角, 提高电机运行的平稳性，增加控制的灵活性等。
2.2 PWM控制
PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形，其中面积等效理论是其重要的理论基础【6】。
面积等效理论可以描述为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。冲量指的是该窄脉冲的面积；效果基本相同，是指脉冲加在该环节后的输出响应基本相同。低频段特性非常接近，仅在高频段略有差异。例如，有矩形脉冲、三角形脉冲和正弦半波脉冲三种不同形状的脉冲，但它们的面积即冲量都等于1，当它们分别加在同一个具有惯性的环节上时，其输出响应基本相同【7】。
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