用字位顯示接口驅(qū)動步進電機的設(shè)計方法

1  引　言

通常用單片機驅(qū)動步進電機，由于單片機驅(qū)動功率所限，需要增加驅(qū)動電路。本設(shè)計利用單片機開發(fā)裝置自帶的字位顯示接口，通過采用驅(qū)動器IC（集成電路）層疊并聯(lián)的創(chuàng)新技術(shù)，在不增加原電路板面積的基礎(chǔ)上使驅(qū)動功率增加2倍，節(jié)省了硬件資源。

２ 驅(qū)動器IC層疊并聯(lián)技術(shù)

驅(qū)動器IC層疊并聯(lián)技術(shù)，是將多片同廠家、同型號、同參數(shù)、同批生產(chǎn)的驅(qū)動器IC芯片逐一層疊并聯(lián),并按引腳號一一對應(yīng)焊接而實現(xiàn)。采用該項技術(shù)，可在不增加硬件電路板面積的基礎(chǔ)上使驅(qū)動功率多倍增加。驅(qū)動器IC層疊并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

3  步進電機的驅(qū)動原理

步進電機的驅(qū)動原理是通過它每相線圈中的電流的順序切換來使電機作步進式旋轉(zhuǎn)，每輸入一個有規(guī)律的脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個固定的角度，總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖個數(shù)決定，步進電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。本例中采用了北京微電機廠生產(chǎn)的SB-2P型步進電機(額定電壓:-24V；額定電流:0.2A；額定步距:3°；相數(shù):3相)。3相3拍方式通電相序如表1所示。

表1  3相3拍方式通電相序表

4  用字位顯示接口驅(qū)動步進電機的設(shè)計實例

4.1  總體設(shè)計構(gòu)思

總體設(shè)計構(gòu)思是利用單片機系統(tǒng)裝置中字位顯示接口驅(qū)動器的輸出端（D5—D0共6位）直接驅(qū)動X向、Y向兩個步進電機。為了直觀的顯示步進電機每相的通電狀態(tài)，當某相繞組導(dǎo)通時，與其對應(yīng)的8段LED顯示器顯示該相的字母。如，當X向步進電機的A相導(dǎo)通時，LED1（接字位口輸出D0端）顯示字母“A”；當Y向步進電機的B相導(dǎo)通時，LED5（接字位口輸出D4端）顯示字母“B”。

4.2　硬件設(shè)計

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利用MCS-51單片機系統(tǒng)裝置中字位顯示接口驅(qū)動步進電機的電路原理圖如圖2所示。單片機的數(shù)據(jù)總線分別連接到字形口和字位口的74LS273八D鎖存器的輸入端,字形口地址為FFDCH，字位口地址為FFDDH。字形口的74LS273八D鎖存器的輸出端通過74HC240總線驅(qū)動器（反相）將D7— D0逐一對應(yīng)連接到每個8段LED顯示器的DP、g、f、e、d、c、b、a段。字位口的74LS273八D鎖存器的輸出端通過75452反相驅(qū)動器將 D5—D0逐一對應(yīng)連接到每個8段LED顯示器LED6—LED1的共陰極。其中，D0、D1、D2 與X向步進電機的A、B、C 相一一對應(yīng)連接；D3、D4、D5 與Y向步進電機的A、B、C 相一一對應(yīng)連接。當字形口74LS273八D鎖存器輸入端D7—D0的某位為“0”時，通過74HC240總線驅(qū)動器（反相）該位輸出為“1”，則 LED6—LED1對應(yīng)于該位的字段可以點亮，具體哪位8段LED顯示器點亮應(yīng)由字位顯示接口決定，此時當字位口74LS273八D鎖存器輸入端D5— D0的某位為“1”，通過75452反相驅(qū)動器后，該位輸出為“0”，則對應(yīng)于該位的8段LED顯示器點亮（共陰極為低電平）。需要說明，步進電機的轉(zhuǎn)動取決于字位口75452反相驅(qū)動器輸出端的邏輯狀態(tài)變化，而與字形口無關(guān)，字形顯示是為了觀察步進電機每相的通電狀態(tài)。

由于原單片機系統(tǒng)裝置自帶的字位顯示接口不能直接驅(qū)動步進電機，為此采用了驅(qū)動器IC層疊并聯(lián)技術(shù)，將原每個75452驅(qū)動器芯片3層疊并聯(lián)，并按引腳號一一對應(yīng)焊接，在不增加電路板面積的基礎(chǔ)上使驅(qū)動功率增加2倍。圖2中的二極管D1—D6起到對步進電機線圈中的反電勢的釋放作用，以保護步進電機和驅(qū)動器IC；R1—R6為限流電阻。

4.3  軟件設(shè)計

下述程序采用MCS-51匯編語言程序?qū)崿F(xiàn)對兩個步進電機的控制，程序啟動后X向步進電機與Y向步進電機同時正轉(zhuǎn) 30步后停止。每步時間間隔約0.5S，當某相繞組導(dǎo)通時，與其對應(yīng)的8段LED顯示器顯示對應(yīng)該相的字母，程序如下：

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5  結(jié)束語

該項設(shè)計已獲國家專利，并已成功的應(yīng)用于步進電機遙控示教儀和單片機控制的仿真電梯中，取得了很好的效果。在不增加單片機系統(tǒng)裝置電路板面積的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了驅(qū)動功率的多倍增加。該項技術(shù)可推廣到4片以上的驅(qū)動器IC層疊并聯(lián)驅(qū)動中去。

參考文獻
[1] 鄧紅．用驅(qū)動器IC并聯(lián)法倍增單片微機顯示接口驅(qū)動功率的設(shè)計與應(yīng)用[J]．計算機應(yīng)用研究，1996，13(3)．
[2]鄧紅．單片單板微機兼容示教板專利說明書[P]．中國專利號： ZL95229025.1，北京：中國專利局，1997．
[3]鄧紅，王志江，谷學靜．單片、單板微機兼容示教板應(yīng)用設(shè)計[J]．電測與儀表，2000，37(4)．
[4]李廣第，朱月秀，王秀山．單片機基礎(chǔ)[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2001．
[5]《微型計算機及外部設(shè)備常用芯片手冊》編輯委員會[M]．北京：清華大學出版社，2002．
[6]鄧紅，等．多步進電機同軸聯(lián)接及驅(qū)動裝置專利說明書[P]．中國專利號：ZL03266939.9，北京:中國知識產(chǎn)權(quán)局，2004．