基于L297和L298的步进电机驱动器的设计.doc

基于L297和L298的步进电机驱动器的设计
步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中,如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。目前,对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大,同时由于分散器件的延时,其可靠性大大降低;软件环形分配器要占用主机的运行时间,降低了速度;专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好,但其适应性受到限制,同时开发周期长、需求费用较高。 
步进电机控制 
步进电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)和混合式步进电机(HB)。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是,它是通过输入脉冲信号来进行控制的,即电机的总转动角度由输入脉冲数决定,而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作,控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下: 
(1)控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如:混合式步进电机的工作方式,其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C,D相的通断,这就是所谓脉冲环形分配器。 
(2)控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电,步进电机正转,如果按反序通电换相,则电机就反转。 
(3)控制步进电机的速度如果给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。 
L297和L298组成的步进电机驱动电路 
SGS公司的L297单片步进电机控制集成电路适用于双极性两相步进电机或四相单极性步进电机的控制,与两片H桥式驱动芯片L298组合,组成完整的步进电机固定斩波频率的PWM恒流斩波驱动器。 
L297产生四相驱动信号,用以控制双极性两相步进电机或四相单极性步进电机,可以采用半步、两相励磁、单相励磁三种工作方式控制步进电机,并且控制电机的片内PWM斩波电路允许三种工作方式的切换。使用 L297突出的特点是外部只需时钟、方向和工作方式三个输入信号,同时L297自动产生电机励磁相序减轻了微处理器控制及编程的负担。L297具有DIP20和SO20两种封装形式,可用于控制集成桥式驱动电路或分立元件组成的驱动电路。
 
L297主要由译码器、两个固定斩波频率的PWM恒流斩波器以及输出逻辑控制组成,其内部结构图如图1所示。
 
图1 L297内部结构框图
L297另一重要组成是PWM斩波器控制相绕组电流,实现恒流斩波控制,以获得良好的转矩-频率特性。每个斩波器由一个比较器、一个RS触发器以及外接采样电阻组成(见图2)内部设有一公共振荡器,向两个斩波器提供触发脉冲信号,脉冲频率是由外接的RC网络决定,当时振荡器脉冲使触发器置“1”,电机绕组相电流上升,采样电阻RS的电压上升到基准电压Vref时,比较器翻转,使触发器复位,功率晶体管关断,电流下降,等待下一个振荡器脉冲的到来。这样,触发器输出是恒频的PWM信号,调制L297的输出信号,绕组相电流峰值由Vref决定。 
CONTROL信号用以选择斩波信号控制。当它为低电平时,斩波信号作用于两