用字位显示接口驱动步进电机的设计方法

1  引　言
    通常用单片机驱动步进电机，由于单片机驱动功率所限，需要增加驱动电路。本设计利用单片机开发装置自带的字位显示接口，通过采用驱动器IC（集成电路）层叠并联的创新技术，在不增加原电路板面积的基础上使驱动功率增加2倍，节省了硬件资源。

２ 驱动器IC层叠并联技术
    驱动器IC层叠并联技术，是将多片同厂家、同型号、同参数、同批生产的驱动器IC芯片逐一层叠并联,并按引脚号一一对应焊接而实现。采用该项技术，可在不增加硬件电路板面积的基础上使驱动功率多倍增加。驱动器IC层叠并联结构示意图如图1所示。

3  步进电机的驱动原理
    步进电机的驱动原理是通过它每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转，每输入一个有规律的脉冲信号，步进电机就转动一个固定的角度，总转动角度由输入脉冲个数决定，步进电机的转速由脉冲信号频率决定。本例中采用了北京微电机厂生产的SB-2P型步进电机(额定电压:-24V；额定电流:0.2A；额定步距:3°；相数:3相)。3相3拍方式通电相序如表1所示。

    表1  3相3拍方式通电相序表

4  用字位显示接口驱动步进电机的设计实例
4.1  总体设计构思
    总体设计构思是利用单片机系统装置中字位显示接口驱动器的输出端（D5—D0共6位）直接驱动X向、Y向两个步进电机。为了直观的显示步进电机每相的通电状态，当某相绕组导通时，与其对应的8段LED显示器显示该相的字母。如，当X向步进电机的A相导通时，LED1（接字位口输出D0端）显示字母“A”；当Y向步进电机的B相导通时，LED5（接字位口输出D4端）显示字母“B”。
4.2　硬件设计

    利用MCS-51单片机系统装置中字位显示接口驱动步进电机的电路原理图如图2所示。单片机的数据总线分别连接到字形口和字位口的74LS273八D锁存器的输入端,字形口地址为FFDCH，字位口地址为FFDDH。字形口的74LS273八D锁存器的输出端通过74HC240总线驱动器（反相）将D7— D0逐一对应连接到每个8段LED显示器的DP、g、f、e、d、c、b、a段。字位口的74LS273八D锁存器的输出端通过75452反相驱动器将 D5—D0逐一对应连接到每个8段LED显示器LED6—LED1的共阴极。其中，D0、D1、D2 与X向步进电机的A、B、C 相一一对应连接；D3、D4、D5 与Y向步进电机的A、B、C 相一一对应连接。当字形口74LS273八D锁存器输入端D7—D0的某位为“0”时，通过74HC240总线驱动器（反相）该位输出为“1”，则 LED6—LED1对应于该位的字段可以点亮，具体哪位8段LED显示器点亮应由字位显示接口决定，此时当字位口74LS273八D锁存器输入端D5— D0的某位为“1”，通过75452反相驱动器后，该位输出为“0”，则对应于该位的8段LED显示器点亮（共阴极为低电平）。需要说明，步进电机的转动取决于字位口75452反相驱动器输出端的逻辑状态变化，而与字形口无关，字形显示是为了观察步进电机每相的通电状态。
    由于原单片机系统装置自带的字位显示接口不能直接驱动步进电机，为此采用了驱动器IC层叠并联技术，将原每个75452驱动器芯片3层叠并联，并按引脚号一一对应焊接，在不增加电路板面积的基础上使驱动功率增加2倍。图2中的二极管D1—D6起到对步进电机线圈中的反电势的释放作用，以保护步进电机和驱动器IC；R1—R6为限流电阻。
4.3  软件设计
    下述程序采用MCS-51汇编语言程序实现对两个步进电机的控制，程序启动后X向步进电机与Y向步进电机同时正转 30步后停止。每步时间间隔约0.5S，当某相绕组导通时，与其对应的8段LED显示器显示对应该相的字母，程序如下：

5  结束语
    该项设计已获国家专利，并已成功的应用于步进电机遥控示教仪和单片机控制的仿真电梯中，取得了很好的效果。在不增加单片机系统装置电路板面积的基础上，实现了驱动功率的多倍增加。该项技术可推广到4片以上的驱动器IC层叠并联驱动中去。

参考文献
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