单片机与TA8435的步进电机细分控制.docx

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单片机与TA8435的步进电机细分控制

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单片机与TA8435的步进电机细分控制

来源：

单片机及嵌入式系统应用　作者：

大庆石油学院关学忠胡松　时间：

2007-02-12　发布人:

1步进电机

　　步进电动机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲，步进电机就转一个角度，因此非常适合单片机控制。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，电机则转过一个步距角，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高。

步进电动机有如下特点：

①步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。

因此，当它转一圈后，没有累计误差，具有良好的跟随性。

②由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既简单、廉价，叉非常可靠。

同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。

③步进电动机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。

④速度可在相当宽的范围内平稳调整，低速下仍能获得较大转矩，因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。

⑤步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，不能直接使用交流电源和直流电源。

⑥步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应措施。

　　步进电机具有控制和机械结构简单的优点。

图1是四相六线制步进电机原理图，这类步进电机既可作为四相电机使用，也可做为两相电机使用，使用灵活，因此应用广泛。

　　步进电机有两种工作方式：

整步方式和半步方式。

以步进角1．8°四相混合式步进电机为例，在整步方式下，步进电机每接收一个脉冲，旋转1．8°，旋转一周，则需要2OO个脉冲。

在半步方式下，步进电机每接收一个脉冲，旋转0．9°，旋转一周，则需要4OO个脉冲。

控制步进电机旋转必须按一定时序对步进电机引线输入脉冲。

以上述四相六线制电进电机为例，其半步工作方式和整步工作方式的控制时序如表1和表2所列。

　　步进电机在低频工作时．会有振动大、噪声大的缺点。

如果使用细分方式，就能很好的解决这个问题。

步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电机步距角的细分。

一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小。

步进电机半步工作方式就蕴涵了细分的工作原理。

　　实现细分方式有多种方法，最常用的是脉宽调制式斩波驱动方式，大多数专用的步进电机驱动芯片都采用这种驱动方式，TA8435就是其中一种芯片。

2基于TA8435H芯片的步进电机细分方式

2．1TA8435芯片特点

　　TA8435是东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片，该芯片具有以下特点：

①工作电压范围宽（10～40v）；

②输出电流可达1．5A（平均）和2．5A（峰值））；

③具有整步、半步、1／4细分、1／8细分运行方式可供选择；

④采用脉宽调制式斩波驱动方式；

⑤具有正／反转控制功能；

⑥带有复位和使能引脚；

⑦可选择使用单时钟输入或双时钟输入。

　　从图2中可以看出，TA8435主要由1个解码器、2个桥式驱动电路、2个输出电流控制电路、2个最大电流限制电路、1个斩波器等功能模块组成。

2.2TA8435细分工作原理

　　在图3中，第一个CK时钟周期时，解码器打开桥式驱动电路，电流从VMA流经电机的线圈后经RNFA后与地构成回路，由于线圈电感的作用，电流是逐渐增大的，所以RNFB上的电压也随之上升。

当RNFB上的电压大于比较器正端的电压时，比较器使桥式驱动电路关闭，电机线圈上的电流开始衰减，RNFB上的电压也相应减小；当电压值小于比较器正向电压时，桥式驱动电路又重新导通，如此循环，电流不断的上升和下降形成锯齿波，其波形如图3中IA波形的第1段。

另外由于斩波器频率很高，一般在几十kHz，其频率大小与所选用电容有关。

在OSC作用下．电流锯齿波纹是非常小的，可以近似认为输出电流是直流。

在第2个时钟周期开始时，输出电流控制电路输出电压Ua达到第2阶段，比较器正向电压也相应为第2阶段的电压，因此，流经步进电机线圈的电流从第l阶段也升至第二阶段2。

电流波形如图IA第2部分。

第3时钟周期，第4时钟周期TA8435的工作原理与第1、2是一样的，只是又升高比较器正向电压而已，输出电流波形如图IA中第3、4部分。

如此最终形成阶梯电流，加在线圈B上的电流，如图3中IB。

在CK一个时钟周期内，流经线圈A和线圈B的电流共同作用下，步进电机运转一个细分步。

2．3步进电机的应用

　　图4是单片机与TA8435相连控制步进电机的原理图。

引脚M1和M2决定电机的转动方式：

MI=0、M2=O，电机按整步方式运转；Ml=1、M2=0，电机按半步方式运转；M1=O、M2=1，电机按1／4细分方式运转；Ml=1、M2=1，电机按l／8步细分方式运转。

CW／CWW控制电机转动方向，CKl、CK2时钟输入的最大频率不能超过5kHz。

控制时钟的频率，即可控制电机转动速率。

REFIN为高电平时，NFA和NFB的输出电压为0．8V，REFIN为低电平时，NFA和NFB输出电压为0．5V，这2个引脚控制步进电机输入电流，电流大小与NF端外接电阻关系式为：

，Io=Vref／Rnf。

图4中，设REFIN=l，选用步进电机额定电流为0．4A，Rl、R2选用1．6Ω、2W的大功率电阻，O、C两线不接。

步进电机按二相双极性使用，四相按二相使用时可以提高步进电机的输出转矩。

D1～D4快恢复二极管用来泄放绕组电流。

　　以下是利用TA8435控制步进电机的程序，实现采用l／8细分方式控制步进电机顺时针方向转动的功能。

利用定时器1向TA8435输出脉冲，用来控制步进电机转速。

#include<8051．h>

#defineREFINP1_5；

#defineM2Pl_4}

#define-M1Pl_3；

#defineCWPl_2；

#defineCLK2Pl_1；

#deflneCLKlP1_O;

voidC10cklrqHandler（void）interrtlDt3

／／定时器1中断程序

{CLK2=!

CLK2；

TH0=0xef;

TL0=0xff;

voidmain（）

{PO=0x00；

TMOD=0x00;

EA=l：

ETl=h

TRl=1：

REFlN=0；

M2=O：

M1=1：

CLKl=l：

CW=l．

for（；;）；

}

3结论

　　本文介绍了步进电机的特点和TA8435芯片工作原理。

使用细分方式可以提高步进电机的控制精度，降低步进电机的振动和噪声。

因此，在低频工作时，可以选用1／4细分或1／8细分模式，以降低系统的振动和噪声。

当系统需要在高速工作时，细分模式就有可能达不到要求的速度，这时可以选用整步或半步方式。

在速度较高时，在整步或半步工作模式下，步进电机运行稳定，振动小，噪声也小。

TA8435在细分、半步、整步几种工作模式之间的切换是相当容易的。

使用TA8435控制步进电机具有价格低、控制简单、工作可靠的特点，所以具有很高的推广价值和广阔的应用前景。

TX-1C51单片机学习板（含天祥老师视频教程）

一.51系列单片机实验板（串口或者USB口直接下载程序）

本实验板使用的是STC公司生产的STC89C52RC单片机,它是一款性价比非常高的单片机，它完全兼容ATMEL公司的51单片机，除此之外它自身还有很多特点，如：

无法解密、低功耗、高速、高可靠、强抗静电、强抗干扰等。

其次STC公司的单片机内部资源比起ATMEL公司的单片机来要丰富的多，它内部有1280字节的SRAM、8-64K字节的内部程序存储器、2-8K字节的ISP引导码、除P0-P3口外还多P4口（PLCC封装）、片内自带8路8位AD（AD系列），片内自带EEPROM、片机自带看门狗、双数据指针等。

目前STC公司的单片机在国内市场上的占有率与日俱增,有关STC单片机详情请查看.

TX系列单片机开发板可完全做为各种51单片机的实验板，用汇编语言或C语言对其进行编程。

当用STC公司的单片机时，直接用产品套件附带的串口线将开发板与计算机串口相连，按照STC单片机下载操作教程便可下载程序，而且下载速度比起其它下载工具要快的多。

二．TX-1C实验板基本配置

1、89C52单片机，支持USB口或者是串口两种下载程序方式，也就是你不用买单片机烧写器也能够随时烧写程序到你的片子里查看您编写的程序状况。

2、6位数码管（做动态扫描及静态显示实验）。

3、8位LED发光二极管（做流水灯实验）。

4、MAX232芯片RS232通讯接口（可以做为与计算机通迅的接口同时也可做为STC单片机下载程序的接口）

5、USB供电系统，直接插接到电脑USB口即可提供电源，不需另接直流电源。

6、蜂鸣器（做单片机发声实验）

7、ADC0804芯片（做模数转换实验）。

8、DAC0832芯片（做数模转换实验）

9、PDIUSBD12芯片（USB设备开发,如单片机读写U盘,自制U盘,自制MP3等,还可通过此芯片让计算机与单片机传输数据）。

10、USB转串口芯片，直接由计算机USB口下载程序至单片机，

11、DS18B20温度传感器，（初步掌握单片机操作后即可亲自编写程序获知当时的温度）

12、AT24C02外部EEPROM芯片（IIC总线元件实验）

13、字符液晶1602接口。

（可显示两行字符）

14、图形液晶12864接口（可显示任意汉字及图形）

15、4*4矩阵键盘另加四个独立键盘（键盘检测试验）。

16、单片机32个IO口全部引出，方便自己进行自由扩展。

17、锁紧装置,非常方便主芯片的安装及卸取

18、大部分元件采用贴片封装，有效的节省了系统空间。

元器件的选择采用软件选通，无跳线跳接，具有极强的系统综合性。

19、光盘中含本实验板所有例程。

赠送伟褔仿真软件，easy51pro下载软件，STC单片机程序下载软件，KEIL51等及所有电路图、实验板详细使用教程，下载教程等。

三.自带在线仿真功能

  TX系列学习板可直接安装在线仿真芯片SST89E564RD,用户可不必再花钱买价格昂贵的仿真器,将仿真芯片安在实验上后便可直接进行在线单步,全速调试等.

仿真芯片的作用：

仿真芯片可以实现计算机与实验板之间的真正在线调试，用KEIL软件连接好仿真器后可以在软件调试模式下进行单步的执行指令、可设置断点、等。

每执行一条指令都可看见实验板的运行状态，并且可随时查看各个变量的值，对初学者非常有帮助。

如果不使用仿真芯片而直接使用板上单片机调试程序只能全速执行指令，通过实验板现象来重新修改程序，再次下载。

TX系列学习板使用仿真功能时只需要把原来板上的单片机拔下，按上仿真芯片按照光盘里的仿真说明教程即可实现仿真调试。

（标配组件包括仿真芯片,用户不需要另加钱）

四．性能特点

·编程器、实验板、烧写器、仿真器四合一

·质量保证，性能稳定

·为主板配有底座，使用安全放心

·板上资源丰富，跳线简单明了，便于学习

·提供丰富的实验例程，包括汇编和C代码

·采用源码公开的编程软件，性能保证

·配有40Pin外扩接口

·配有6PINISP下载连接头，单独做ISP下载线使用

笔记本使用TX-1B方案：

很多用户想用笔记本来连接实验板，而目前很多笔记本都没有串口，TX-1C单片机学习板可直接使用USB口下载程序,用户通过USB下载接口连接电脑后，电脑提示发现新硬件，安装光盘里的USB转串口驱动程序后便可直接使用.

五．产品组件

TX-1C型单片机开发板标准配置

1.主机开发板一套（配齐板上所有元件）

2.串口通讯电缆一条（兼程序下载线）

3.USB电缆线两条,一条为下载线,另一条为电源线.

4.1602字符液晶一块

5.SST89E516单片机仿真芯片一块

6.光盘两张（内附天祥老师40小时视频教程）

七． 其它说明：

TX-1C单片机学习板留有12864图形液晶接口，将12864液晶与学习板如上图连接后，用户便可非常方便的自己写程序控制液晶显示任意想出的字符及图形.

（说明：

标准配件不带12864液晶（带字库），若用户需要该液晶请另加100元）

TX-1C单片机学习板留有1602字符液晶接口，将1602液晶与学习板如上图连接后，用户便可自己写程序控制液晶显示任意想要的字母、符号和数字。

TX-1C单片机学习板上带有PHILIP公司的USB1.0通信芯片PDIUSBD12,该芯片既可做为USB主机也可做为USB设备使用,在本实验板光盘中包括该芯片的所有驱动程序、固件程序带有详细的注释说明、系统配置文件、用VC编写的计算机通过USB口与单片机通信的测试程序、所有的源代码全部给用户。

开发过USB的人都深有体会，USB芯片的固件程序（也就是控制CPU的源程序）和驱动程序的编写是阻碍新手入门的主要障碍。

而TX-1C单片机学习板包括了所有这些源代码，只要您能看懂这些源代码（C语言编写的），您就可以轻而易举地进入USB开发地大门。

在做自己的USB设备时，您无需从底层写代码了，只需要在我们提供给您地程序上稍加改动，就会轻而易举地完成您自己的开发项目。

TX-1C单片机学习板是一套将让您知道Philips的PDISUBD12或D12所有潜能的套件，通过这个套件我们能够了解到它是如何工作的，与此同时我们还可以进一步知道如何将现有的器件转换成USB器件。

而现在市场上一般销售的仅有Philips的PDISUBD12的开发板就贵达几百元，本实验板上的D12仅做为其中之小小的一项功能供用户学习用。

用VC编写的上位机通过USB口与学习板上的D12芯片通信的测试程序，当连接成功后学习板上的D12旁的连接指示灯会亮，同时上位机测试软件的下方会显示FoundTX-1CUSBDevice,handleopen字样，说明上位机已经与学习板通过D12连接成功，当点击上位机软件的8个LED灯时实验板上的8个LED灯会变化，本实验板提供源代码给用户。

将光盘例程中的DS18B20编译好的代码下载进单片机后，在上位机上启动本软件便可看见当前界面上显示的温度数值与学习板数码上显示的温度一致，这是单片机通过串口将温度数据传送致上位机，再上上位机软件解码后显示在显示器上，本实验板提供源代码给用户。