图3-1 步进电动机驱动控制系统
3.1单电压功率驱动接口
在电机绕组回路中串有电阻Rs，使电机回路时间常数减小，高频时电机能产生较大的电磁转矩，还能缓解电机的低频共振现象，但它引起附加的损耗。一般情况下，简单单电压驱动线路中，Rs是不可缺少的。Rs对步进电动机单步响应的改善如图3-2。
图3-2 单电压功率驱动接口及单步响应曲线
3.2双电压功率驱动接口
双电压驱动的功率接口如图3-3所示。双电压驱动的基本思路是在较低（低频段）用较低的电压UL驱动，而在高速（高频段）时用较高的电压UH驱动。这种功率接口需要两个控制信号，Uh为高压有效控制信号，U为脉冲调宽驱动控制信号。图中，功率管TH和二极管DL构成电源转换电路。当Uh低电平，TH关断，DL正偏置，低电压UL对绕组供电。反之Uh高电平，TH导通，DL反偏，高电压UH对绕组供电。这种电路可使电机在高频段也有较大出力，而静止锁定时功耗减小。
图3-3 双电压功率驱动接口
3.3高低压功率驱动接口
图3-4 高低压功率驱动接口
高低压功率驱动接口如图3-4所示。高低压驱动的设计思想是，不论电机工作频率如何，均利用高电压UH供电来提高导通相绕组的电流前沿，而在前沿过后，用低电压UL来维持绕组的电流。这一作用同样改善了驱动器的高频性能，而且不必再串联电阻Rs，消除了附加损耗。高低压驱动功率接口也有两个输入控制信号Uh和Ul，它们应保持同步，且前沿在同一时刻跳变，如图3-4所示。图中，高压管VTH的导通时间tl不能太大，也不能太小，太大时，电机电流过载；太小时，动态性能改善不明显。一般可取1-3ms。
3.4斩波恒流功率驱动接口
恒流驱动的设计思想是，设法使导通相绕组的电流不论在锁定、低频、高频工作时均保持固定数值。使电机具有恒转矩输出特性。这是目前使用较多、效果较好的一种功率接口。图3-5是斩波恒流功率接口原理图。图中R是一个用于电流采样的小阻值电阻，称为采样电阻。当电流不大时，VT1和VT2同时受控于走步脉冲，当电流超过恒流给定的数值，VT2被封锁，电源U被切除。由于电机绕组具有较大电感，此时靠二极管VD续流，维持绕组电流，电机靠消耗电感中的磁场能量产生出力。此时电流将按指数曲线衰减，同样电流采样值将减小。当电流小于恒流给定的数值，VT2导通，电源再次接通。如此反复，电机绕组电流就稳定在由给定电平所决定的数值上，形成小小的锯齿波，如图3-5所示。
图3-5 斩波恒流功率驱动接口
斩波恒流功率驱动接口也有两个输入控制信号，其中u1是数字脉冲，u2是模拟信号。这种功率接口的特点是：高频响应大大提高，接近恒转矩输出特性，共振现象消除，但线路较复杂。目前已有相应的集成功率模块可供采用。
3.5集成功率驱动接口及驱动芯片的选择
目前已有多种用于小功率步进电动机的集成功率驱动接口电路可供选用。例如集成H桥式驱动器L298芯片，集成达林顿管ULN2003A极电极开路驱动芯片等。由于ULN2003A具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强，而且集成有续流二极管等特点，以及其对单片机的专用性。本课题选择ULN2003A驱动芯片
图3-6 ULN2003逻辑图
图3-7 ULN2003内部电路图
由图3-6、图3-7可知，ULN2003A其本质是一个基于三极管的非门电路芯片。在驱动过程中，ULN2003起到将控制信号功率放大和信号反相的作用。进而稳定地将步进电机的控制信号平稳有效地送给步进电机，确保步进电机的正常运转。
第
4章 驱动系统硬件组成及具体驱动方案分析
4.1 关于80C52单片机的介绍
单片机以其体积小、功能齐全、价格低廉、可靠性高等优点，在各个领域都获得了广泛的应用。即使非电子计算机专业人员，通过学习一些专业基础知识以后也能依靠自己的技术力量，来开发所希望的单片机应用系统。故在本次设计中采用了其中的低功耗型80C52单片机。 该系列单片机是采用高性能的静态80C52设计，由先进CMOS工艺制造，并带有非易失性Flash程序存储器，全部支持12时钟和6时钟操作，P89C51X2和P89C52X2/54X2/58X2 分
别包含128 字节和256 字节RAM、32 条I/O 口线、3 个16 位定时/计数器、6 输入4 优先级嵌套中断结构、1 个串行I/O 口、可用于多机通信 I/O 扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路。可实现两个由软件选择的节电模式—空闲模式和掉电模式，空闲模式冻结CPU，但RAM定时器、串口和中断系统仍然工作；掉电模式保存RAM的内容，但是冻结振荡器，导致所有其它的片内功能停止工作。 其主要结构组成如下： 1．中央处理器（CPU）
2．内部数据存储器（内部RAM） 3．内部程序存储器（内部ROM） 4．定时器/计数器 5．并行I/O口 6．串行口 7．时钟电路 8．中断系统 9．外接晶体引脚
图4-1 80C52单片机管脚图
图4-2 80C52单片机工作系统图
单片机管脚如图4-1所示，下面对其各个管脚进行必要的说明。 P0、P1、P2、P3口的电平与CMOS和TTL电平兼容。
P0口的每一位口线可以驱动8个LSTTL负载。在作为通用I/O口时，由于输出驱动电是开漏方式，由集电极开路（OC门）电路或漏极开路电路驱动时需外接上拉电阻；当作为地址/数据总线使用时，口线输出不是开漏的，无须外接上拉电阻。 P1、P2、P3口的每一位能驱动4个LSTTL负载。它们的输出驱动电路设有内部上拉电阻，所以可以方便地由集电极开路（OC门）电路或漏极开路电路所驱动，而无须外接上拉电阻。 当CPU不对P3口进行字节或位寻址时，内部硬件自动将口锁存器的Q端置1。这时，P3口作为第二功能使用。
P3.0 ：RXD（串行口输入）； P3.1 ：TXD（串行口输出）； P3.2 ：外部中断0输入； P3.3 ：外部中断1输入；
P3.4 ：T0（定时器0的外部输入）； P3.5 ：T1（定时器1的外部输出）； P3.6 ：（片外数据存储器“写”选通控制输出）； P3.7 ：（片外数据存储器“读”选通控制输出）。
EA/VPP：访问程序存储器控制信号，当其为低电平时，对ROM的读操作限定在外部的程序存储器，当其为高电平时，对ROM的读操作是从内部存储器开始的，并可延至外部程序存储器。
ALE/PROG：编程脉冲
PSEN：外部程序存储器读选通信号，在读外部ROM时PSEN是低电平有效，以实现对ROM 的读操作。
RST/VPD：复位信号，当输入信号延续2个周期以上的高电平有效，用以完成单片机复位初始化操作。
XTAL : 时钟晶振输入端。
4.2驱动系统总体结构
图4-3 驱动系统硬件结构
基于STC单片机步进电机驱动器的设计及C语言程序.
