Study of Stepping Motor Subdivision Driver
Stepper motor is a kind of electrical pulses into angular displacement of the implementing agency. Popular little lesson: When the driver receives a step pulse signal, it will drive a stepper motor to set the direction of rotation at a fixed angle (and the step angle). You can control the number of pulses to control the angular displacement, so as to achieve accurate positioning purposes; the same time you can control the pulse frequency to control the motor rotation speed and acceleration, to achieve speed control purposes.
What kinds of stepper motor sub-：
In three stepper motors: permanent magnet (PM), reactive (VR) and hybrid (HB) permanent magnet stepper usually two-phase, torque, and smaller, step angle of 7.5 degrees or the general 15 degrees; reaction step is generally three-phase, can achieve high torque output, step angle of 1.5 degrees is generally, but the noise and vibration are large. 80 countries in Europe and America have been eliminated; hybrid stepper is a mix of permanent magnet and reactive advantages. It consists of two phases and the five-phase: two-phase step angle of 1.8 degrees while the general five-phase step angle of 0.72 degrees generally. The most widely used Stepper Motor.
What is to keep the torque (HOLDING TORQUE)
How much precision stepper motor? Whether the cumulative：
The general accuracy of the stepper motor step angle of 3-5%, and not cumulative.
Stepper motor to allow the minimum amount of surface temperature
Stepper motor to allow the minimum amount of surface temperature：
Stepper motor causes the motor temperature is too high the first magnetic demagnetization, resulting in loss of torque down even further, so the motor surface temperature should be the maximum allowed depending on the motor demagnetization of magnetic material points; Generally speaking, the magnetic demagnetization points are above 130 degrees Celsius, and some even as high as 200 degrees Celsius, so the stepper motor surface temperature of 80-90 degrees Celsius is normal.
How to determine the stepper motor driver DC power supply：
A. Determination of the voltage
Hybrid stepping motor driver power supply voltage is generally a wide range (such as the IM483 supply voltage of 12 ~ 48VDC), the supply voltage is usually based on the work of the motor speed and response to the request to choose. If the motor operating speed higher or faster response to the request, then the voltage value is high, but note that the ripple voltage can not exceed the maximum input voltage of the drive, or it may damage the drive.
B. Determination of Current
Power supply current is generally based on the output phase current drive I to determine. If a linear power supply, power supply current is generally preferable 1.1 to 1.3 times the I; if we adopt the switching power supply, power supply current is generally preferable to I, 1.5 to 2.0 times.
The main characteristics of stepping motor：
A stepper motor drive can be added operate pulse drive signal must be no pulse when the stepper motor at rest, such as
If adding the appropriate pulse signal, it will to a certain angle (called the step angle) rotation. Rotation speed and pulse frequency is proportional to.
2 Dragon step angle stepper motor version is 7.5 degrees, 360 degrees around, takes 48 pulses to complete.
3 stepper motor has instant start and rapid cessation of superior characteristics.
Change the pulse of the order of 4, you can easily change the direction of rotation.
Therefore, the current printers, plotters, robotics, and so devices are the core of the stepper motor as the driving force.
Stepper motor control example
We use four-phase unipolar stepper motor as an example. The structure shown in Figure 1:
Four four-phase winding leads (as opposed to phase A1 A2 B1 phase phase B2) and two public lines (to the power of positive). The windings of one phase to the power of the ground. So that the windings will be inspired. We use four-phase eight-beat control, ie, 1 phase 2 phase alternating turn, would enhance resolution. 0.9 ° per step can be transferred to control the motor excitation is transferred in order as follows:
If the requirements of motor reversal, the transmission excitation signal can be reversed. 2 control scheme
Control system block diagram is as follows
The program uses AT89S51 as the main control device. It is compatible with the AT89C51, but also increased the SPI interface and the watchdog module, which not only makes the debugging process becomes easy and also more stable. The microcontroller in the program mainly for field signal acquisition and operation of the stepper motor to calculate the direction and speed information. Then sent to the CPLD.
CPLD with EPM7128SLC84-15, EPM7128 programmable logic device of large-scale, for the ALTERA companys MAX7000 family. High impedance, electrically erasable and other characteristics, can be used for the 2500 unit, the working voltage of 5 V. CPLD receives information sent from the microcontroller after converted to the corresponding control signal output to the stepper motor drive. Put the control signal drives the motor windings after the input, to achieve effective control of the motor. 2.1 The hardware structure of the motor drive
Motor drive using the following circuit:
R1-R8 in which the resistance value of 320Omega;. R9-R12 resistance value 2.2KOmega;. Q1-Q4 as Darlington D401A, Q5-Q8 for the S8550. J1, J2 and the stepper motor connected to the six-lead。
Advantages and disadvantages of stepper motor
Advantages
1. The motor rotation angle is proportional to the number of pulses;
2. When the motor stopped with a maximum torque (w
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附录A 译文
步进电机细分驱动器的研究
步进电机是一种电脉冲调节角位移的执行机构。意思是：当驱动器收到步进脉冲信号时，它将驱动步进电机以固定角度（和步进角度）设定旋转方向。您可以控制脉冲数来控制角位移，从而达到精确定位的目的;同时可以控制脉冲频率来控制电机的转速和加速度，达到速度控制的目的。
什么样的步进电机子：
在三个步进电机中：永磁（PM），无功（VR）和混合（HB）永磁步进器通常为两相，转矩较小，步进角为7.5度或一般为15度;反应步骤一般为三相，可以实现高扭矩输出，一般步进角为1.5度，但噪音和振动都很大。已经被欧洲和美洲的80个国家所淘汰;混合式步进机是永磁体和反应性优势的混合体。它由两相和五相组成：两相步进角为1.8度，而一般五相步进角为0.72度。最广泛使用的步进电机。
什么是保持扭矩（HOLDING TORQUE）
步进电机的精度是多少？是否累计：
步进电机步进角的一般精度为3-5％，不累计。
步进电机允许最低表面温度：
步进电机导致电机温度过高，第一次磁性退磁，导致转矩损失进一步下降，因此电机表面温度应根据电机磁性材料退磁点的最大值而允许;一般来说，磁性退磁点在130摄氏度以上，有的甚至高达200摄氏度，因此步进电机表面温度为80-90摄氏度是正常的。
如何确定步进电机驱动直流电源：
A.确定电压
混合式步进电机驱动器的电源电压一般是宽范围的（如IM483供电电压为12~48VDC），供电电压通常根据电机的工作速度和响应要求来选择。如果电机运行速度更高或更快响应请求，那么电压值很高，但要注意纹波电压不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能会损坏驱动器。
B.电流的确定
电源电流一般是根据输出相电流驱动I来确定的。如果是线性电源，电源电流一般优选为I的1.1至1.3倍;如果采用开关电源，电源电流一般优于I，1.5至2.0倍。
步进电机的主要特点：
1可以添加步进电机驱动器操作脉冲驱动信号，当步进电机静止时必须无脉冲，如果添加适当的脉冲信号，它将以一定角度（称为步进角）旋转。旋转速度与脉冲频率成正比。
2龙步角步进电机每一步为7.5度，360度左右，需要48个脉冲才能完成。
3步进电机具有即时启动和快速停止的优越特性。改变顺序为4的脉冲，可以轻松改变旋转方向。因此，目前的打印机，绘图仪，机器人等设备是步进电机的核心驱动力。
步进电机控制示例
我们以四相单极步进电机为例。结构如图1所示：
四个四相绕组引线（与A1相A2相B1相位相反）和两个公共线（正极电源）。一相绕组到地面的功率。这样绕组就会受到激发。我们使用四相八拍控制，即1相2相交替转，将提高分辨率。可以转移每步0.9°以控制电机励磁按顺序转移如下：
如果电机反转的要求，传输激励信号可以反转。2控制方案。
控制系统框图如下：
该程序使用AT89S51作为主控制设备。它与AT89C51兼容，但也增加了SPI接口和看门狗模块，这不仅使调试过程变得简单而且更加稳定。该程序中的微控制器主要用于现场信号的采集和步进电机的运行，以计算方向和速度信息。然后发送到CPLD。
CPLD采用EPM7128SLC84-15，EPM7128大规模可编程逻辑器件，适用于ALTERA公司的MAX7000系列。高阻抗，电可擦除等特性，可使用2500次，工作电压为 5V。CPLD接收到微控制器发送的信息后转换为相应的控制信号输出到步进电机驱动器。输入后，控制信号驱动电机绕组，实现对电机的有效控制。
2.1电机驱动的硬件结构
使用以下电路驱动电机：
其中R1-R8的电阻值为320Omega;。 R9-R12电阻值2.2KOmega;。 Q1-Q4为Darlington D401A，Q5-Q8为S8550。 J1，J2和步进电机连接到六引线。
步进电机的优缺点
好处：
1.电机旋转角度与脉冲数成正比;
2.当电动机以最大扭矩停止时（绕组激励时间）;
3.由于每一步的精度在百分之三到百分之五，并且误差不会累积到下一步，因此具有更好的位置精度和运动的可重复性;
4.停止和反转的良好响应;
5.在没有刷子，高可靠性的情况下，它只取决于电机轴承寿命
6.电机响应仅由输入脉冲数决定，可采用开环控制，这使得电机和控制结构可以相对简单。
系统成本
7.只需加载直接连接电机轴也可以极慢同步旋转。
8.速度与脉冲频率成比例，因此速度范围相对较宽。
缺点：
1.如果控制不当，容易产生共振;
2.难以操作到更高的速度；
3.难以获得高扭矩；
4.在体积重量，低能效方面没有优势；
5.过载会破坏同步，高速振动和噪音时会发出工作。
步进电机驱动要求
（1）提供当前速度的快速上升和下降，电流波形尽可能接近矩形。
对于随着回路电流的释放而结束的时段，减小绕组端部的反电动势，加速电流衰减。
（2）具有更高功率和效率的押韵。
步进电机驱动器，即控制脉冲信号发射到步进电机的角位移，或者控制系统通过步进电机驱动器发送脉冲信号以旋转步进角。那就是步进电机的速度与频率和脉冲信号成正比。因此，频率控制脉冲信号，精确控制电机速度;控制步进脉冲的数量，以准确连接电机。步进电机驱动器有很多种，我们应该合理选择驱动器的功率要求，下面分别介绍各种类型的典型驱动器。
最新的技术发展
国内外对子驱动技术的研究非常活跃，高性能的子驱动电路可以分解成数千甚至任何细分。现在能够做出复杂的计算，使均匀步进角分解后，大大提高了步进电机脉冲的分辨率，减少或消除了振动，噪声和转矩脉动，步进电机更具“一流服务器”的特点。
步进角的实际作用：在没有分驱动的情况下，用户选择不同的相数主要取决于步进电机是否满足自己对步进角度的要求，如果使用分驱动，用户可以改变段的驱动器数量，可以大大改变步进电机的实际步进角度“相位”的变化，实际步进角的作用几乎可以忽略不计。
AT89C51简介
描述：
AT89C51是一款低功耗，高性能CMOS 8位微机，具有4K字节的闪存可编程和可擦除只读存储器（PEROM）。该器件采用Atmel的高密度非易失性存储器技术制造，兼容行业标准的MCS-51指令集和引脚排列。片上闪存允许程序存储器在系统内或通过传统的非易失性存储器编程器进行重新编程。通过在单片芯片上集成多功能8位CPU和闪存，Atmel AT89C51是一款功能强大的微型计算机，可为许多嵌入式控制应用提供高度灵活且经济高效的解决方案。
功能特点：
AT89C51提供以下标准功能：4K字节闪存，128字节RAM，32个I / O线，两个16位定时器/计数器，一个五向量两级中断架构，一个全双工串行端口，片上振荡器和时钟电路。此外，AT89C51采用静态逻辑设计，工作频率低至零，并支持两种软件可选择的省电模式。空闲模式会停止CPU，同时允许RAM，定时器/计数器，串行端口和中断系统继续运行。掉电模式保存RAM内容，但冻结振荡器，禁用所有其他芯片功能，直到下一次硬件复位。
引脚说明：
VCC：供电电压。
GND：接地。
端口0：
端口0是一个8位开漏双向I / O端口。作为输出端口，每个引脚可以吸收8个TTL输入。当1写入端口0引脚时，引脚可用作高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器期间，端口0也可配置为多路复用的低阶地址/数据总线。在此模式下，P0具有内部上拉.Port 0还在Flash编程期间接收代码字节，并在编程验证期间输出代码字节。程序验证期间需要外部上拉。
端口1：
端口1是一个带内部上拉的8位双向I / O端口。端口1输出缓冲器可以吸收/输出四个TTL输入。当1s写入端口1引脚时，它们被内部上拉拉高，可以用作输入。作为输入，由于内部上拉，外部拉低的端口1引脚将提供电流（IIL）.Port 1还在Flash编程和验证期间接收低阶地址字节。
端口2：
端口2是一个带内部上拉的8位双向I / O端口。端口2输出缓冲器可以吸收/输出四个TTL输入。当1s写入端口2引脚时，它们被内部上拉电阻拉高，可以是用作输入。作为输入，由于内部上拉，外部拉低的端口2引脚将产生电流。端口2在从外部程序存储器取出期间以及在访问使用16位地址的外部数据存储器期间发出高位地址字节。在这个应用中，它在发射1s时使用强大的内部上拉。在访问使用8位地址的外部数据存储器期间，端口2发出P2特殊功能寄存器的内容。端口2还在闪存编程和验证期间接收高阶地址位和一些控制信号。
端口3：
端口3是一个带内部上拉的8位双向I / O端口。端口3输出缓冲器可以吸收/输出四个TTL输入。当1s写入端口3引脚时，它们被内部上拉拉高，可以是用作输入。作为输入，外部拉低的端口3引脚将由于上拉而产生源电流（IIL）。端口3还提供AT89C51的各种特殊功能，如下所示：
端口3还接收一些用于Flash编程和验证的控制信号。
RST：
重置输入。当振荡器运行时，此引脚上的高电平有两个机器周期会复位器件。
ALE / PROG：
地址锁存使能输出脉冲，用于在访问外部存储器期间锁存地址的低字节。该引脚也是Flash编程期间的编程脉冲输入（PROG）。在正常工作模式下，ALE以振荡器频率的1/6的恒定速率发射，可用于外部时序或时钟。但请注意，每次访问外部数据存储器时都会跳过一个ALE脉冲。
如果需要，可以通过设置SFR位置8EH的位0来禁用ALE操作。通过该位设置，ALE仅在MOVX或MOVC指令期间有效。否则，引脚被弱拉高。如果微控制器处于外部执行模式，则设置ALE禁用位无效。
PSEN：
程序存储使能是对外部程序存储器的读选通。当AT89C51从外部程序存储器执行代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，除了在每次访问外部数据存储器期间跳过两次PSEN激活。
EA / VPP：
外部访问启用。 EA必须绑定到GND，以使器件能够从外部程序存储器位置获取代码，从0000H开始到FFFFH。但是请注意，如果锁定位1被编程，EA将在内部锁存在复位状态.EA应绑定到VCC以执行内部程序。该引脚还在Flash编程期间接收12伏编程使能电压（VPP），需要12伏VPP的部件。
XTAL1：
输入到反相振荡器放大器并输入到内部时钟操作电路。
XTAL2：
反相振荡器放大器的输出。
振荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别是反相放大器的输入和输出，可配置用作片内振荡器，如图1所示。可以使用石英晶体或陶瓷谐振器。为了从外部时钟源驱动器件，XTAL2应保持未连接状态，同时驱动XTAL1，如图2所示。外部时钟信号的占空比没有要求，因为内部时钟电路的输入是通过除以两个触发器，但必须遵守最小和最大电压的高低时间规格。
图1.振荡器连接
图2.外部时钟驱动器
配置：
空闲模式
在空闲模式下，CPU将自己置于休眠状态，同时所有片上外设保持活动状态。该模式由软件调用。在此模式下，片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可以通过任何启用的中断或硬件复位来终止。应该注意的是，当硬件复位终止空闲时，设备通常会从程序执行中恢复，从此处停止，最多两个机器周期内部重置算法控制。在这种情况下，片上硬件禁止访问内部RAM，但不禁止访问端口引脚。为了消除在通过复位终止空闲时意外写入端口引脚的可能性，调用空闲的指令之后的指令不应该是写入端口引脚或外部存储器的指令。
掉电模式
在掉电模式下，振荡器停止，并且调用掉电的指令是最后执行的指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持其值，直到掉电模式终止。断电的唯一出口是硬件复位。复位重新定义了SFR，但不会更改片内RAM。在VCC恢复到正常工作电平之前，不应激活复位，并且必须保持有效时间足以使振荡器重新启动并稳定。
摘要 - 为了提高步进电机的负载特性，充分发挥步进电机的潜在性能，实现更高的性能，开发出恒频脉冲宽度调制子驱动器。 FPGA（现场可编程门阵列）器件应用于步进电机微步控制，FET（场效应晶体管）作为电源驱动开关，实现驱动系统的高精度细分，正反转控制和绕组电流自动调节。 实验表明，步进电机驱动低频稳定性和高频转矩频率特性，还具有良好的适应性和自保护能力，提高了驱动器的稳定性和可靠性。
关键词：细分驾驶;FPGA; 步进电机; 脉冲宽度调制
I.导言
突出步进电机的优点使其在民用应用中得到广泛的工业控制。步进电机系统，但仍存在一些弊端：低频共振，低速平稳性差，高速运转，快速响应能力差，步进方便，效率低等，限制了步进电机的应用电机[1]。步进电机的性能在很大程度上取决于驱动器以提高驱动性能，这可以显着提高步进电机的性能。为提高步进电机的运行分辨率是非常实际的价值，细分控制技术提供了
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