1 細分驅動原理

步進電機控製中已蘊含了細分的機理。如三相步進電機按A→B→C……的順序輪流通電
，步進電機為整步工作。而按A→AC→C→CB→B→BA→A……的順序通電，則步進電機為半步工作。以A→B為例，若將各相電流看作是向量，則從整步到半步的變換，就是在IA與IB之間插入過渡向量IAB，因為電流向量的合成方向決定了步進電機合成磁勢的方向，而合成磁勢的轉動角度本身就是步進電機的步進角度。顯然，I AB的插入改變了合成磁勢的轉動大小，使得步進電機的步進角度由θb變為0.5 θb，從而也就實現了2步bu細xi分fen。由you此ci可ke見jian
，步bu進jin電dian機ji的de細xi分fen原yuan理li就jiu是shi通tong過guo等deng角jiao度du有you規gui律lv的de插cha入ru電dian流liu合he成cheng向xiang量liang，從cong而er減jian小xiao合he成cheng磁ci勢shi轉zhuan動dong角jiao度du，達da到dao步bu進jin電dian機ji細xi分fen控kong製zhi的de目mu的de。

如圖1所示
，在三相步進電機的A相與B相之間插入合成向量AB，則實現了2步細分。要再實現4步細分
，隻需在A與AB之間插入3個向量I1、I2、I3

，使得合成磁勢的轉動角度θ1=θ2=θ3=θ4，就實現了4步細分。但4步細分與2步細分是不同的，由於I1、I2、I3 3個向量的插入是對電流向量IB的分解
，故控製脈衝已變成了階梯波。細分程度越高，階梯波越複雜。

圖1 步進細分原理

在三相步進電機整步工作時
，實現2步細分合成磁勢轉動過程為IA→IAB→IB；實現4步細分轉動過程為IA→I2→IAB……；而實現8步細分則轉動過程為IA→I1→I2→I3→IAB……。可見，選擇不同的細分步數，就要插入不同的電流合成向量。

2 多級細分驅動係統的實現

2.1 係統組成

如圖2所示，係統由主機、鍵盤輸入係統、步進顯示係統、步進控製係統組成。主機采用AT89C51單片機
，其為低功耗的8位單片機，片內有一個4K字節的Flash可編程、可擦除、隻(zhi)讀(du)存(cun)儲(chu)器(qi)
，故(gu)可(ke)簡(jian)化(hua)係(xi)統(tong)構(gou)成(cheng)，且(qie)可(ke)滿(man)足(zu)本(ben)係(xi)統(tong)數(shu)據(ju)存(cun)儲(chu)空(kong)間(jian)的(de)要(yao)求(qiu)。主(zhu)機(ji)接(jie)收(shou)串(chuan)行(xing)口(kou)送(song)來(lai)的(de)步(bu)進(jin)控(kong)製(zhi)數(shu)據(ju)
，並(bing)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)，以(yi)實(shi)施(shi)步(bu)進(jin)控(kong)製(zhi)。鍵(jian)盤(pan)輸(shu)入(ru)係(xi)統(tong)是(shi)用(yong)來(lai)輸(shu)入(ru)控(kong)製(zhi)所(suo)需(xu)的(de)細(xi)分(fen)檔(dang)位(wei)。係(xi)統(tong)設(she)計(ji)時(shi)
，考(kao)慮(lv)到(dao)隨(sui)著(zhe)細(xi)分(fen)的(de)精(jing)確(que)化(hua)

，如(ru)128步細分時，步距角達到足夠小，能滿足各種步進要求，故以2dezhengshucimizuoweixifenjizhun。bujinxianshixitongyouyejingxianshiqixianshidangqianxifendangweihexifenhoudebujinjiaodengcanshu。weilejianshaodianludefuzaxing，gaixianshiqixianshidezuixiaodanweiguidingwei0.01°。步進控製係統由D/A轉換部分和驅動係統組成。D/A轉換部分包括３片DAC0830集成芯片和數據鎖存係統。DAC0830轉換分辨率是8位，該芯片具有與微處理器兼容
、價格低廉、接口簡單、轉換控製容易等優點。D/A轉(zhuan)換(huan)部(bu)分(fen)的(de)功(gong)能(neng)是(shi)將(jiang)二(er)進(jin)製(zhi)代(dai)碼(ma)表(biao)示(shi)的(de)階(jie)梯(ti)波(bo)數(shu)值(zhi)轉(zhuan)換(huan)為(wei)相(xiang)應(ying)的(de)電(dian)流(liu)值(zhi)輸(shu)出(chu)
，經(jing)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)放(fang)大(da)，控(kong)製(zhi)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)轉(zhuan)動(dong)。驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)三(san)級(ji)管(guan)實(shi)現(xian)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)。

圖2 多級細分驅動係統組成

2.2 細分階梯波的產生

xifendeshixianguocheng

，jiushicharudianliuhechengxianglianghezhuanhuandianliuhechengxiangliangdeguocheng。dianliuhechengxiangliangzhuanhuadeqiantishihechengxiangliangdecharu。zaixitongzhong，youzhujigenjushedingdexifendangwei，jisuanchuxiangguancanshu，jingzhabiaoshengchengxiangduiyingdejietibo
，jicharuledianliuhechengxiangliang。zaizhengzhuanhuofanzhuandekongzhixinhaoxia，jietibomaichongyoushuchuduankoujingsuocunxitongsongruD/A轉換器件DAC0830進行電流合成向量的轉化

，輸出對應的電流值，經驅動放大控製步進電機
，從而實現了細分驅動。

電流合成向量的插入是實現細分的關鍵，而要得到電流合成向量

，首先必須產生階梯波。由圖1知，在三相電機半步工作的情況下

，要實現4步細分

，就必須將B相電流分成4份，但不是等分，需保證θ1=θ2=θ3=θ4。若θ1、θ2、θ3
、θ4分別對應的電流向量是IB1、IB2
、IB3、IB4，則在θ1所對應的三角形內
，設步進角為θb，則α=180°-θb
，β=θb-θ1，由正弦定理得

考慮到一般情況
，由於細分時步進電機控製脈衝波形是階梯型

，如對B相進行4步細分時,其電流輸入依次為IB1、IB1+ IB2、IB1+ IB2+ IB3、IB1+ IB2+ IB3+ IB4，相應合成磁勢轉過的角度為θ1、θ1+θ2、θ1+θ2+θ3、θ1+θ2+θ3+θ4
，此時設

IBk即為電流合成向量中B相階梯波中第k階的電流值，θk即為此時合成磁勢相應轉過的角度。由此推出
，對B相來講，在步進電機的步進角度為θb時
，考慮到IA=IB，則階梯波型其任一階的電流值為

同理，可求得A相和C相在細分時對應的階梯波電流值。對(1)式求解，考慮D/A器件DAC0830的轉換精度是8位，轉換穩定時間是1 μs
，故最大進行了128步細分的運算，相應求得其對應的細分電流值，並進行了相應的轉換
，得到對應的二進製數值列表。此時，列表全部的數值就是在實現128步細分時，對應階梯波各階的電流值。

2.3 多級細分驅動的實現

要(yao)在(zai)細(xi)分(fen)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)實(shi)現(xian)多(duo)級(ji)細(xi)分(fen)，就(jiu)必(bi)須(xu)針(zhen)對(dui)不(bu)同(tong)的(de)細(xi)分(fen)檔(dang)位(wei)生(sheng)成(cheng)不(bu)同(tong)的(de)階(jie)梯(ti)波(bo)。為(wei)此(ci)
，該(gai)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)了(le)循(xun)環(huan)增(zeng)量(liang)查(zha)表(biao)法(fa)。首(shou)先(xian)建(jian)立(li)階(jie)梯(ti)波(bo)數(shu)值(zhi)存(cun)儲(chu)表(biao)格(ge)，有(you)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)

，一(yi)種(zhong)是(shi)針(zhen)對(dui)每(mei)種(zhong)細(xi)分(fen)方(fang)式(shi)建(jian)立(li)相(xiang)應(ying)的(de)表(biao)格(ge)
，其(qi)特(te)點(dian)是(shi)細(xi)分(fen)種(zhong)類(lei)多(duo)樣(yang)
，但(dan)表(biao)格(ge)所(suo)占(zhan)空(kong)間(jian)較(jiao)大(da)；另ling外wai一yi種zhong，也ye就jiu是shi該gai係xi統tong采cai用yong的de，以yi最zui大da細xi分fen檔dang位wei對dui應ying的de步bu數shu僅jin建jian立li一yi個ge表biao格ge，大da大da減jian少shao了le所suo需xu的de存cun儲chu空kong間jian
，並bing減jian少shao了le程cheng序xu運yun行xing中zhong的de不bu穩wen定ding因yin素su。在zai具ju體ti控kong製zhi中zhong

，該gai係xi統tong通tong過guo設she定ding循xun環huan增zeng量liang基ji數shu，使shi不bu同tong的de細xi分fen檔dang位wei對dui應ying不bu同tong的de細xi分fen步bu數shu
，實shi現xian了le多duo級ji細xi分fen驅qu動dong。

循(xun)環(huan)增(zeng)量(liang)基(ji)數(shu)是(shi)指(zhi)針(zhen)對(dui)不(bu)同(tong)的(de)細(xi)分(fen)檔(dang)位(wei)，實(shi)現(xian)等(deng)間(jian)隔(ge)尋(xun)址(zhi)時(shi)相(xiang)應(ying)跳(tiao)躍(yue)的(de)步(bu)數(shu)。循(xun)環(huan)增(zeng)量(liang)基(ji)數(shu)是(shi)在(zai)細(xi)分(fen)檔(dang)位(wei)設(she)定(ding)後(hou)，由(you)相(xiang)應(ying)的(de)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)得(de)到(dao)。由(you)於(yu)該(gai)係(xi)統(tong)最(zui)大(da)細(xi)分(fen)步(bu)數(shu)為(wei)128步，即表格最大長度為128個字節
，若細分步數為m步，則循環增量基數為LB=(128/m)-1。不同的檔位對應不同的循環增量基數，同一表格就產生了多級細分所需的階梯波。

另外
，在整步控製的基礎上

，若細分為m步，對每m步運行中的各項電流值進行分析比較，可發現存在以下規律，即各相電流值的變化趨勢，隨著相位變化循環地出現，如表1所示。

表1 細分控製中各相電流值變化規律

各相 A→B B→C C→A

A相 高→遞減 電流值=0 增加→高

B相 增加→高 高→遞減 電流值=0

C相 電流值=0 增加→高 高→遞減

在表1中，每一種保持或變化都是持續m/2步，且可看出其良好的循環性。依據以上規律，在具體控製中，該係統單獨對由A→B控製時各相相應的電流值變化，實現子程序控製
，而對整體控製則采用圓周移位的方式實現，即隨著合成磁勢在A→B、B→C


、C→A的轉動，對同一輸出地址，相應每m步的控製數據循環出現。采用這種方式，簡化了實際控製程序，提高了控製效率。
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