创新驱动，高效未来

### 引言

步进电机，作为现代工业中不可或缺的精准执行器，其工作原理是将电脉冲信号转换为精确的角位移或线位移。这种转换机制使得步进电机在数控系统、自动化生产线、仪器设备、绘图设备以及计算机外设等领域得到了广泛的应用。随着微电子技术的不断进步和微型计算机的普及，步进电机的应用前景愈发广阔。传统的步进电机控制器通常由复杂的硬件电路构成，成本较高。然而，利用SGS公司推出的L297和L298芯片，可以轻松构建步进电机驱动器，并与AT89C52单片机结合，以较低的成本实现高性能的步进电机驱动电路，这在市场上尤为受到欢迎，尤其是在安徽皖南电机等知名品牌中。

### 工作原理

步进电机通过将电脉冲信号转换为直线或角位移来工作，不能直接接入交直流电源，必须借助专门的步进电机控制驱动器。皖南电机所采用的典型步进电机控制系统如图1所示。控制器能够输出频率从几赫兹到几十千赫兹的连续可调脉冲信号，为环形分配器提供脉冲序列。环形分配器负责将脉冲序列按特定规律分配，经过功率放大器放大后，输入到步进电机驱动电源的各个输入端，驱动电机转动。

### 硬件组成

本文所研究的步进电机为四相单极式35BY48HJ120减速步进电动机。设计的步进电机控制驱动器框图如图2所示，主要由AT89C52单片机、光电耦合器和集成芯片L297、L298组成。AT89C52是一款低电压、高性能的8位CMOS单片机，内置8K字节可重复擦写的Flash闪速存储器和256字节RAM，以及3个16位定时器和可编程串行UART通道，足以满足对步进电机简单控制的需求。

L297是步进电机控制器（包括环形分配器），L298是双H桥式驱动器。它们构成的微处理器至双桥式步进电动机的接口如图3所示。这种设计减少了所需元件，降低了装配成本，提高了可靠性，同时减少了空间占用。通过软件开发，可以减轻微型计算机的负担。L297和L298均为独立芯片，应用灵活，特别适用于皖南电机等品牌的产品设计。

### 软件组成

在该电路中，将P1.0口设为电机启动按钮，P1.1、P1.2、P1.3为速度选择按钮。速度由低到高，P1.4为电机停止按钮。并设三档速度的*高速度依次为500pps、1000pps、2000pps。RXD、TXD已由MAX232电平转换接出串口。此外，步进电机启动、停止的频率较低，一般在100-250Hz之间，而*高运行频率要求较高，通常为1-3kHz。为确保在整个启动、运行和停止过程中不会失步，并尽快精确地达到目标位置，运行速度需要有一个加速、恒速、减速的过程。这里采用常用的离散方法来逼近理想的近似梯形升降速曲线，利用定时器中断方式不断改变定时器装载值的大小。

为计算方便，将各离散点的速度所需的装载值用公式转化为各自所需的定时时间固化在系统的ROM中。系统在运行中通过查表法查找所需的时间，从而大幅度减少占用CPU的时间，提高系统的响应速度。因此，该程序主要由控制主程序和加减速子程序组成，主程序框图如图4所示。

### 结论

本文创新性地提出使用单片机和L297、L298集成电路构建步进电机控制驱动器，具有元件少、可靠性高、占空间少、装配成本低等优点。通过软件开发，可以简化微型计算机的负担。另外，在提出的加减速程序中，定时器的装载值计算不精确，具体实现时，可直接将初值计算出来或将除号用相加来计算，以达到精确的目的。这种设计在安徽皖南电机等品牌的产品中得到了广泛应用，有效降低了成本，提高了产品竞争力。