CCD是一种光电转换式图像传感器它利用光电转换原理把图.docx
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CCD是一种光电转换式图像传感器它利用光电转换原理把图
前言
CCD是一种光电转换式图像传感器。
它利用光电转换原理把图像信息直接转换成电信号,这样便实现了非电量的电测量。
同时它还具有体积小、重量轻、噪声低、自扫描、工作速度快、测量精度高、寿命长等诸多优点,因此受到人们的高度重视,在精密测量、非接触无损检测、文件扫描与航空遥感等领域中,发挥着重要的作用[1]。
对被测图像信息进行快速采样、存储及数据处理,是线阵CCD数据采集发展的新方向。
寻找满足要求的处理器已成当务之急。
DSP（数字信号处理器）是一种具有高速性、实时性和丰富的芯片内部资源的处理器,它的出现为人们解决了这个难题。
为了节约成本、减少体积,本文用CPLD控制图像的读入,以TMS320VC5402DSP作为处理器,并结合CA3318CEA/D转换器介绍一种CCD图像采集处理系统的设计方法。
根据课题研究,将此系统应用于手写体数字的采集和识别中。
如果配以适当的光学系统,便可以实现光-机-电-算一体化设计。
现代图像采集技术发展迅速，各种采集方法已经相当成熟。
本文是一种结合课题设计的数据采集系统，主要用于手写数字的采集。
邮政编码、统计报表、财务报表、银行票据、人口普查表等等，这类信息的核心技术是手写数字。
随着国家信息化进程的加速，手写数字识别的应用需求将越来越广泛，它已成为目前国际上研究的一个热点，具有广阔的应用前景。
研制手写数字识别系统的关键是掌握手写数字图像的采集和识别技术，以往的采集工作都是借助扫描仪、高性能的摄像机和小型机来完成，造价高、体积大而且不易携带。
针对这一问题，本文提出了一种基于CCD的图象采集系统。
1系统概述
本系统主要由线阵CCD、ADC、DSP、可编程逻辑器件CPLD等几部分组成。
待输入图像经光源照明后,经物镜成像在CCD光敏元件阵列上,CCD通过驱动电路完成一次Y方向的自扫描。
在控制电路的作用下,CCD输出信号进行滤波放大处理,并经A/D转换电路进行数字化处理。
一行图像数据通过数据通道进入帧存储器。
以上操作与CCD自扫描同步进行,不受CPU的控制。
随后,控制电路启动步进电机,带动进纸机构移动到下一采样位置,CCD又进行Y方向的自扫描,并重复上述过程,输入第二行的数据,直至整幅画面输入完毕。
DSP读取存储器存储的处理数据,并根据用户的要求将处理结果上传给主机供用户使用。
系统结构图如图1-1所示。
机械传动光学系统CCD放大滤波A/DSRAM
`
步进电机
可编程逻辑
驱动电机CPLDDSPPC机
图1-1 系统结构图
2基本硬件组成
2.1线阵CCD传感器
2.1.1CCD传感器概述：
自二十世纪80年代开始，摄影技术出现了革命性的突破，即电荷耦合器件CCD（ChargedCoupledDevice）的广泛应用。
目前，CCD技术已发展成一项具有广泛应用前景的新技术，成为现代光电子与测试技术中最受关注的研究热点之一。
例如，在国防军事领域，CCD成像技术在微光、夜视、遥感应用中发挥着巨大的作用，适应了现代高技术战争的需求，成为军事微电子学的研究热门；在科研领域，由于其灵敏度高、噪声低，成为研究宏观（如天体）和微观（如生物细胞）现象不可缺少的工具；CCD具有成本低、小而轻的特点，在图像通信领域也获得了广泛的用途；在工程测量领域，CCD在工件尺寸测量、工件表面质量检测、物体热膨胀系数测量、光强分布测量等方面都有很好的应用。
电荷耦合器件（简称CCD）的突出特点是以电荷作为信号，而不同大多数器件是以电流或者电压为信号。
CCD的基本功能是电荷的储存和电荷的转移。
因此，CCD工作过程的主要问题是信号电荷的产生、存储传输和检测。
CCD本身具有高分辨率、高灵敏度、像素位置信息强、结构紧凑及其有的特性密切相关。
因此各种CCD器件广泛应用于军事、工业、商业医学、科研等领域。
电荷耦合摄像器件是用于摄像或像敏的器件。
简称为ICCD。
它的功能是把二维光学图像信号转变为一维时序的视频信号输出。
它有两大类型：
线阵和面阵。
二者都需要用光学成像系统将景物图像成在CCD的像敏面上。
像敏面将照在每一像敏单元上的图像照度信号转变为少数载流子数密度信号存储于像敏单元（MOS电容）中。
然后，再转移到CCD的位移寄存器（转移电极下的势阱）中，在驱动脉冲的作用下顺序地移出器件，成为视频信号。
线型CCD可直接接收一维光信息，而不能直接将二维图像转变为视频信号输出。
为了得到整个二维图像的视频信号，就必须用扫描的方法来实现。
2.1.2CCD的主要性能:
（1）像元分辨率与摄像分辨率：
对于摄像系统而言，CCD图像扫描方式是被采用金属网栅采样的显微图，像元分辨率和摄像系统分辨率是CCD图像传感器是两个很重要的参数指标。
所谓像元分辨率就是指CCD图像传感器中每一个像元所覆盖的被测物体宽度，由于CCD依据几何学光学原理，而没考虑摄影物的对比度，显微光学系统的衍射以及像位移的影响。
但是，对于摄像系统而言，最具意义的参数是摄像分辨率，k为科尔系数，它与摄影物的对比度、光学系统等有关，通常情况下，当被摄影物的对比度比较高时，科尔系数取值在1.4左右，而当对被摄影物的对比度较低时，科尔系数取值为2。
针对此任务要求，被检测目标的网栅线纹宽度在2μm-10μm之间，即要求此摄像系统的实际分辨率应小于2μm，相应的像元分辨率应小于1μm，对于实际摄像系统，其分辨率的实际选择主要取决于被测线纹宽度的测量精度，通过对被测物体的分析，虽然最细线纹达到2μm，但是线与线之间的距离达到200μm，它通过光学系统后可以视为线扩散函数，所以，如果仅用于判断线纹是否有断裂，并不需要很高的摄像分辨率便可以完成此任务，但要比较精确的测量线的宽度，则需要比较高的摄像分辨率。
所以在实际设计中，要根据实际应用的场合和综合其它参数后，对系统的实际分辨能力进行优化选择。
（2）像素几何尺寸和放大倍数：
对于CCD图像传感器，首先需要确定的参数便是CCD像素几何尺寸，因为它将直接影响显微系统的放大倍数。
一旦像元分辨率确定，为了减小系统的放大倍数，需要选择像素几何尺寸小的CCD图像传感器。
但是，CCD的几何尺寸的选取毕竟存在一定的限度，一旦系统分辨率需要提高，那么最有效的途径就是增加光学系统的放大倍数。
2.1.3CCD数据采样
CCD可用于位置、尺寸和图像的检测，根据CCD传感器视频信号应用的差异，CCD视频信号的处理有两种方法：
一是对CCD信号进行二值化处理后，再进行数据采样：
二是对CCD视频信号采样、量化编码后再采样到计算机系统。
由于线阵CCD既具有高灵敏度的光电转换功能，又具有光电信号的存储和快速读出功能，所以通过一组时序脉冲的驱动控制（驱动器），可以实现对目标光源的实时光电转换与信号读出。
当入射在CCD像元上成像时，入射光子被CCD像元吸收并产生相应数量的光生电荷。
在光积分期间，光生电荷被积累并储存在彼此隔离的相应像元的势阱中所积累的信号电荷数与照射在该像元面上的平均照度和光积分时间的乘积成正比。
在电荷转移期间，光生电荷依次转移至输出区，通过复位脉冲的控制，在输出极形成视频信号，每次积分的输出波形代表目标光图像在CCD采样方向的瞬态强度的空间分布，输出视频信号经过低噪声宽带放大器放大处理后，每个光斑的输出波形。
然后，对CCD的视频信号进行二值化处理，二值化的前沿和后沿分别对应CCD像元的信号，计算出这两个像元位置的平均值，既为光线的中心位置，这即是一个检验数据。
在CCD连续工作下，所有的检测数据经过处理后，通过通讯电路将结果传送给计算机。
2.1.4CCD信号处理及二值化处理:
在进行CCD在线检测时，干扰光线较难克服，而且光源使用一段时间，光强也会变弱，这样会引起CCD输出信号幅度变化，从而导致测量误差，因此对上边的电路作了一定改进，即让阀值电压随CCD视频信号的幅值变化，改进后的浮动阀值电路。
当光源强度变化引起CCD视频信号变化时，可以通过电路CCD视频信号的起伏反馈到阀值上，使阀值电压随之改变，从而保证在光较弱时，二值化电路仍能输出二值化信号。
二值化处理后输出的信号为二值化信号。
二值化信号为一个方波形,该波形的前沿和后沿分别对应CCD像元的序号，计算出两个像元位置的平均值，即为线光源在CCD上成像的中心位置，从而获得一个检测数据。
在CCD连续工作下，所有的检测数据经处理后，再经过并行通讯电路将结果传给计算机进行下一步处理。
电荷耦合器件（CCD）具有自扫描、光电灵敏度高和几何尺寸精确等一系列优点，因此在光电非接触测量中得到了广泛应用。
它能将光强分布的空间信息转换为电信号序列信息，当它对空间光强分布一次采样后、以电信号形式串行输出[1]。
为了保证信号质量，在每个像素上光信号积分时间有严格限制，一般要求串行传送速率为几千到几兆赫兹。
而在工业测量系统中，广泛使用的单片机指令速度相对较慢。
对于80C196KB单片机，若外部时钟为12MHz，内部二分频后为6MHz，多数指令执行周期都超过了1us[2].
2.1.5CCD电荷的产生、转移原理:
CCD是由一系列排得很紧密的MOS电容器组成，每一个光敏像元就是一个MOS电容器。
它的突出特点是以电荷用为信号，实现电荷的存储和电荷的转移。
2.1.6CCD光电转换
当在MOS电容器的栅极上加上一个小的正电压时，半导体中的自由空穴被排斥到远离栅极的一边，在SiO2的表面下形成一层电子的耗尽区，当栅压继续增加，耗尽层将进一步向半导体内延伸，这一耗尽层对于带负电荷的电子而言是一个势能特别低的区域，因此也叫做势阱[1]。
正栅压进一步增加，在界面上的电子层形成反型层。
当光入射到耗尽区时，因内光电效应将产生电子-空穴对（硅吸能量释放价电子，形成电子-空穴对），在耗尽区电场作用下，空穴流入衬底部，电子则积存于半导体表面，这样势阱中就积存了一定量的电荷，且势阱中积存的电荷量入射光强度成正比（CCD饱和的情况除外）。
2.1.7CCD像素输出
CCD信号电荷的传输是通过控制各个像素上的电极电压，电荷就会从电压低的电极转移到电压高的电极下，使信号电荷随着电极电压的周期性变化在半导体表面或者体内做定向运动。
线阵CCD电荷包只单方向传递，每一个扫描周期，所有像素都沿着电极相继传递，进行像素的水平移动，直到所有像素全部输出。
2.1.8线阵CCD图象传感器的选择：
本系统采用TCD1280AP线阵CCD作为图像传感器。
TCD1280AP具有2160个像敏单元数，像元尺寸及间距为14μm×14μm；TCD1280AP具有灵敏度高、暗电流低等特点，工作电压为单一的5V，是二相输出的线阵CCD器件。
主要用于通信传真、图像扫描、光学字符阅读机等场合。
TCD1280AP传感器共需要四个5V的驱动时钟（SH、RS、φ1、φ2）.
TCD1280APC的主要技术指标：
像敏单元数2160像元总长52.5mm
像元中心距0.007mm
驱动频率20MHz
行周期1ms
响应度15V/1x.s
动态范围1660
TCD1280AP主要用于通信传真、图像扫描、光学字符阅读机等场合。
TCD1208AP传感器共需要四个5V的驱动时钟（SH、RS、Ф1、Ф2）。
时序图如图2-1所示。
图2-1 TCD1208AP传感器时序图
由时序图可以看出，芯片正常工作需要四路驱动信号，即：
转移信号SH，其周期为光信号的积分时间tINT（INTEGRATIONTIME）；复位信号RS，时钟频率标准值为1MHz；两相移位时钟信号Φ1、Φ2，时钟频率为0.5MHz。
TCD1208AP有2160个像素单元，正常工作时要有52个虚设单元输出（DUMMYOUTPUTS）信号。
因为该器件是两列并行传输，所以在一个周期内至少要有1106（2212/2=1106）个Φ1脉冲，即TSH>1106TΦ1。
由时序图可以看出，当SH信号高电平期间，CCD积累的信号电荷包通过转移栅进入移位寄存器，移位脉冲Φ1、Φ2要求保持一个高和低的电平状态。
2.2放大滤波及A/D转换
TCD1208AP传感器输出信号OS有以下特点:
负极性信号
包含有周期性的复位脉冲串扰
有效信号幅值较小
CCD输出信号的上述特点决定了它不能直接送入A/D转换器,必须先从硬件上对其进行一系列的预处理,消除信号中的驱动脉冲（主要是复位脉冲）及噪声等所造成的干扰,因此需将信号进行前置反向、滤波及放大。
在电路设计中,选用一片CA3450运算放大器进行反向、放大;并在CA3450的输出端接一级RC滤波器滤除噪声。
经过上述处理的信号就可以被送入A/D转换器进行数字化处理。
8位、高速、并行闪速结构的A/D转换芯片（CA3318CE）的转换速率（最大为15MHz）完全可以满足CCD（1MHz）的工作要求,利用A/D转换技术将信号转换成与之相应的、能够反应图像灰度变化的数字量,提高了测量精度和分辨率。
当CA3318CE的输出使能有效时,就可以将A/D转换结果送至8位数据线上。
这样,在数据存储器写允许及地址有效的前提下,就能将数据写入数据存储器SRAM中。
2.2.1放大电路
（1）放大电路的用途和组成:
能够把微弱的信号放大的电路叫做放大电路或放大器。
例如助听器里的关键部件就是一个放大器。
放大器有交流放大器和直流放大器。
交流放大器又可按频率分为低频、中频和高频：
按输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。
此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。
它是电子电路中最复杂多变的电路。
但初学者经常遇到的也只是少数几种较典型的放大电路。
读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。
首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开，然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。
放大电路有它本身的特点：
一是有静态和动态两种工作状态，所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析，二是电路往往加有负反馈，这种反馈有时在本级内，有时是从后级反馈到前级，所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。
在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。
（2）本系统放大器的选项择：
本系统放大器的选用CA3450运算放大器。
2.2.2滤波电路
（1）滤波电路的基础知识：
滤波电路的作用：
允许规定范围内的信号通过；而使规定范围之外的信号不能通过。
滤波电路的分类：
（按工作频率的不同）
低通滤波器：
允许低频率的信号通过，将高频信号衰减
高通滤波器：
允许高频信号通过，将低频信号衰减。
带通滤波器：
允许一定频带范围内的信号通过，将此频带外的信号衰减。
带阻滤波器：
阻止某一频带范围内的信号通过，而允许此频带以外的信号衰减。
我们在电路分析课程中已学习了，利用电阻、电容等无源器件构成的滤波电路，但它有很大的缺陷如：
电路增益小；驱动负载能力差等。
（2）本系统滤波电路的选用：
本系统选用在CA3450的输出端接一级RC滤波器滤除噪声。
2.2.3A/D转换
线阵TCD1208AP的输出为OS信号和DOS信号，其中OS信号含有经过光积分的有效光电信号，DOS输出的是补偿信号，DOS信号反映了CCD的暗电流特性，也反映了CCD在复位脉冲的作用下信号传输沟道产生的容性干扰[1]，可以采用由运算放大器构成的减法器消除他们之间的共模干扰。
A/D变换芯片采用MAXIM公司的CA3318CE，它是为线阵CCD而设计的高度集成化A/D转换器件。
其工作时钟可以达到15MHz，内置可以实现暗背景校正或相关双采样的钳位电路[5]。
系统初始化时，MODE=0，在LOAD=1时在时钟信号SCLK的上升沿写入控制字，完成增益和通道选择设置。
RS信号作为MAX110的采样脉冲VIDSAMP信号，本系统时钟信号SCLK为由独立时钟LTC1799发生的8MHz时钟信号。
2.3可编程逻辑电路CPLD
CPLD（复杂可编程逻辑电路）是一种具有丰富的可编程I／O引脚的可编程逻辑器件，具有在系统可编程、使用方便灵活的特点；不但可实现常规的逻辑器件功能，还可实现复杂的时序逻辑功能。
把CPLD应用于嵌入式应用系统，同单片机结合起来，更能体现其在系统可编程、使用方便灵活的特点。
CPLD同单片机接口，可以作为单片机的一个外设，实现单片机所要求的功能。
例如，实现常用的地址译码、锁存器、8255等功能；也可实现加密、解密及扩展串行口等单片机所要求的特殊功能。
实现了嵌入式应用系统的灵活性，也提高了嵌入式应用系统的性能。
CPLD的主要作用有:
用来控制CCD的驱动时钟、各种同步控制时钟（A/D转换,数字信号存取）以及存储器地址的产生。
合适的CPLD是根据实际需要在实验过程中选定的,在设计中选用了ALTERA公司的MAX7000系列芯片EPM7128S,该系列芯片是典型的通过JTEG在线编程的CPLD器件。
外部时钟信号作为CPLD的基准信号,其它时序信号的产生都是以此为基础的。
ALTERA的EPM7128S系列CPLD是基于第二代MAX结构体系地高性能EEPROM结构的CPLD。
完全符合IEEE1149.1JTAG边界扫描标准，具有5VISP的功能。
具有最小5ns的引脚到引脚的逻辑时延，最高可175.4MHz的计数频率。
引脚可配置为开漏输出。
每个宏单元都有独立的可编程电源控制，最多可以节省50%的功耗。
宏单元内的寄存器具有单独的时钟和复位等信号。
支持多种电压接口。
学习板上使用的是一个PLCC84封装的EPM7128S，EPM7128S内部有128个宏单元、8个逻辑阵列块和2500个门电路。
EPM7128S用来提供整个系统需要的组合逻辑。
，它提供多达5000个可用门和在系统编程，其引脚到引脚延时快达6ns。
可以容纳各种各样的，独立的组合逻辑和时序逻辑功能。
EPM7128S有2个工作电压，核电压为5V，I/O工作电压可设为5V或3.3V。
设为3.3V时，其输入耐5V，而输出为3.3VTTL电平（所有的驱动器均能配置在3.3V和5V，允许用于混合电压系统中）。
EPM7128S的优点是它基于E2PROM，可以通过JTAG口进行在线编程，设计者可将设计内容从PC机上通过下载电缆和JTAG口对EPM7128S进行任意次修改。
在这里使用EPM7128S是为电路提供组合逻辑以映射空间。
它有多达100个I/O引脚可供编程使用，方便系统扩展存储空间和外设。
EPM7128S硬件配置：
a） EPM7128S
b） MAX232
c） AT24C02
d） 4按键
e）4位动态扫描数码管+1位静态数码管
f） 蜂鸣器
g） 8位拨码开关
h） 8位LED灯
i） 20M晶振+32768晶振（可分频最低至1HZ）
j） 74hc595SPI接口实验（驱动1位静态数码管）
k） ADC0809八路AD转换器
l） DAC0832fDA转换器
m） 5V继电器
2.4步进机构
2.4.1步进电机概述
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机是将给定的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
给定一个电脉冲信号，步进电机转子就转过相应的角度，这个角度就称作该步进电机的步距角。
目前常用步进电机的步距角大多为1.8度（俗称一步）或0.9度（俗称半步）。
以步距角为0.9度的进步电机来说，当我们给步进电机一个电脉冲信号，步进电机就转过0.9度；给两个脉冲信号，步进电机就转过1.8度。
以此类推，连续给定脉冲信号，步进电机就可以连续运转。
由于电脉冲信号与步进电机转角存在的这种线性关系，使得步进电机在速度控制、位置控制等方面得到了广泛的应用。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
当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（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时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。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；
反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相：
两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛，
步进电机的使用至少需要三个方面的配合，一是电脉冲信号发生器，它按照给定的设置重复为步进电机输送电脉冲信号，目前这种信号大多数由可编程控制器或单片机来完成；二是驱动器（信号放大器），它除了对电脉冲信号进行放大、驱动步进电机转动以外，还可以通过它改善步进电机的使用性能，事实上它在步进电机系统中起着重要的作用，一般一种步进电机可以根据不同的工况具有多种驱动器；三是步进电机，它有多种控制原理和型号，现在常用的有反应式、感应子式、混合式等。
步进电机的速度控制是通过输入的脉冲频率快慢实现的。
当发生脉冲的频率减小时，步进电机的速度就下降；当频率增加时，速度就加快。
还可以通过频率的改变而提高步进电机的速度或位置精度。
步进电机的位置控制是靠给定的脉冲数量控制的。
给定一个脉冲，转过一个步距角，当停止的位置确定以后，也就决定了步进电机需要给定的脉冲数。
步进电机的主要特点：
1、可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价。
2、位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构较为简单又具有一定精度的开环控制系统，也可在要求更高精度的组成闭环控制系统。
3、无刷，电动机本体部件少，可靠性高。
4、易于起动，停止，正反转及速度响应性好。
5、停止时可有自锁能力。
6、步距角可在大范围内选择，在小步距情况下，通常可以在超低转速下高转距稳定运行，通常可以不经减速器直接驱动负载。
7、速度可在相当宽范围内平滑调节，同时用一台控制器控制几台步进电动机可使它们完全同步运行。
8、步进电动机带惯性负载能力较差。
9、由于存在失步和共振，步进电机的加减速方法根据利用状态的不同而复杂化。
10、需要专用的伺服控制器控制，不能直接使用普通的交直流电源驱动。
11、一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
12、步进电机外表允许的最高温度。
步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
13、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
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