基于STM32的微型步进电机驱动控制器设计
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2020-10-17
03:17:20
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基于基于STM32的微型步进电机驱动控制器设计的微型步进电机驱动控制器设计
设计了一种微型步进电机驱动控制器，通过上位机界面修改步进电机转速、旋转角度、细分系数。该设计以
STM32F103T8U6作为主控制器，以A4988步进电机驱动设备，上位机串口界面作为人机接口界面，详细分析步
进电机驱动设备的工作原理、各部分接口电路以及控制器设计方案。通过实物设计实现了步进电机转速、正反
转任意角度和细分系数的控制，并通过精确计算步进脉冲个数实现了任意旋转角度的精确控制，该驱动控制器
步进角度精度高达0.112 5度。
摘摘 要要： 设计了一种
关键词 关键词： 微型步进电机；STM32F103T8U6；A4988；串口；正反转
0 引言引言
自从上世纪20年代英国人开发了步进电机，50年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，并使得步进电机的数字
化控制更为方便。经过不断改良，今日步进电机已广泛运用在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，尤其在重视
速度、位置控制、需要精确操作指令动作的灵活控制场合步进电机用得最多。
本文旨在以STM32F103T8U6[1]作为A4988[2]控制器，并以A4988作为微型步进电机驱动器设计步进电机控制器模块，实
现闭环精确控制微型步进电机的步进角度的功能，并从多方面深入分析A4988的工作原理以及微型步进电机速度控制和步进角
度精确控制策略[3-4]。
1 A4988的特性和工作原理的特性和工作原理
1.1 A4988的特性的特性
A4988是一款完全的微步电动机驱动器，带有内置转换器，易于操作。该产品可在全、半、1/4、1/8及1/16步进模式时操
作双极步进电动机，输出驱动性能可达35 V及±2 A。A4988包括一个固定关断时间电流稳压器，该稳压器可在慢或混合衰减模
式下工作。转换器是A4988易于实施的关键。只要在“步进”输入中输入一个脉冲，即可驱动电动机产生微步。无须进行相位顺
序表、高频率控制行或复杂的界面编程。A4988界面非常适合复杂的微处理器不可用或过载的应用。在微步运行时，A4988内
的斩波控制可自动选择电流衰减模式（慢或混合）。在混合衰减模式下，该器件初始设置为在部分固定停机时间内快速衰减，
然后在余下的停机时间慢速衰减。混合衰减电流控制方案能减少可听到的电动机噪音，增加步进精确度并减少功耗。提供内部
同步整流控制电路，以改善脉宽调制（PWM）操作时的功率消耗。内部电路保护包括：带滞后的过热关机、欠压锁定
（UVLO）及交叉电流保护，不需要特别的通电排序。
1.2 A4988的工作原理的工作原理
为了更加清晰地分析A4988的工作原理，首先深入分析A4988的内部结构。如图1所示为A4988的内部结构图和典型的外
部电路连接图。
由图1所示，A4988有一个编译器（Translator），主要负责微控制器和驱动电路的信息交互。通过该编译器可产生DA信
号，配合比较器辅助PWM锁存器修复衰减信号，并且该编译器能够产生逻辑电平控制逻辑控制器，逻辑控制器再配合电流调
节器和N型MOS管驱动电压共同驱动两路全桥电路。电路中所标电容必须严格与技术文档中所给的相同，Rosc主要更改并修
复衰减模式，接VDD自动修复衰减，接GND电流衰减设置为增减电流同时修复。SENSE1和SENSE2检测驱动输出电压，实
则是实时检测输出电流，供电流调节器调节输出电流信号，形成闭环控制。因此SENSE1和SENSE2管脚连接的电阻非常关
键，一般这个电阻的阻值在零点几欧姆左右。
1.3 A4988逻辑控制策略逻辑控制策略
A4988控制逻辑简单，主要分为睡眠、正反转、复位、使能、细分等模式控制。
（1）睡眠模式：Sleep管脚电平置0，进入睡眠模式，驱动器输出待机模式；Sleep管脚置1，驱动器处于正常工作状态；
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