步進(jìn)電機(jī)作為電磁機(jī)械裝置，其進(jìn)給的分辨率取決于細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。采用軟件細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式，由于編程的靈活性、通用性，使得步進(jìn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的成本低、效率高，要修改方案也易辦到。同時(shí)，還可解決步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)的低頻振動(dòng)和運(yùn)行中的噪聲等。但單一的軟件細(xì)分驅(qū)動(dòng)在精度與速度兼顧上會(huì)有矛盾，細(xì)分的步數(shù)越多，精度越高，但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度卻降低；要提高轉(zhuǎn)動(dòng)速度，細(xì)分的步數(shù)就得減少。為此，設(shè)計(jì)了多級(jí)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)不同的細(xì)分檔位設(shè)定，實(shí)現(xiàn)不同步數(shù)的細(xì)分，同時(shí)保證了不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

1 細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理

步進(jìn)電機(jī)控制中已蘊(yùn)含了細(xì)分的機(jī)理。如三相步進(jìn)電機(jī)按A→B→C……的順序輪流通電，步進(jìn)電機(jī)為整步工作。而按A→AC→C→CB→B→BA→A……的順序通電，則步進(jìn)電機(jī)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(guò)渡向量IAB，因?yàn)殡娏飨蛄康暮铣煞较驔Q定了步進(jìn)電機(jī)合成磁勢(shì)的方向，而合成磁勢(shì)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度本身就是步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度。顯然，IAB的插入改變了合成磁勢(shì)的轉(zhuǎn)動(dòng)大小，使得步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度由θb變?yōu)?.5θb，從而也就實(shí)現(xiàn)了2步細(xì)分。由此可見(jiàn)，步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分原理就是通過(guò)等角度有規(guī)律的插入電流合成向量，從而減小合成磁勢(shì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，達(dá)到步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制的目的。

在三相步進(jìn)電機(jī)的A相與B相之間插入合成向量AB，則實(shí)現(xiàn)了2步細(xì)分。要再實(shí)現(xiàn)4步細(xì)分，只需在A與AB之間插入3個(gè)向量I1、I2、I3，使得合成磁勢(shì)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ1=θ2=θ3=θ4，就實(shí)現(xiàn)了4步細(xì)分。但4步細(xì)分與2步細(xì)分是不同的，由于I1、I2、I33個(gè)向量的插入是對(duì)電流向量IB的分解，故控制脈沖已變成了階梯波。細(xì)分程度越高，階梯波越復(fù)雜。

在三相步進(jìn)電機(jī)整步工作時(shí)，實(shí)現(xiàn)2步細(xì)分合成磁勢(shì)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程為IA→IAB→IB；實(shí)現(xiàn)4步細(xì)分轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程為IA→I2→IAB……；而實(shí)現(xiàn)8步細(xì)分則轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程為IA→I1→I2→I3→IAB……。可見(jiàn)，選擇不同的細(xì)分步數(shù)，就要插入不同的電流合成向量。

2 多級(jí)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由主機(jī)、鍵盤(pán)輸入系統(tǒng)、步進(jìn)顯示系統(tǒng)、步進(jìn)控制系統(tǒng)組成。主機(jī)采用AT89C51單片機(jī)，其為低功耗的8位單片機(jī)，片內(nèi)有一個(gè)4K字節(jié)的Flash可編程、可擦除、只讀存儲(chǔ)器，故可簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)成，且可滿(mǎn)足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的要求。主機(jī)接收串行口送來(lái)的步進(jìn)控制數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理，以實(shí)施步進(jìn)控制。鍵盤(pán)輸入系統(tǒng)是用來(lái)輸入控制所需的細(xì)分檔位。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到隨著細(xì)分的精確化，如128步細(xì)分時(shí)，步距角達(dá)到足夠小，能滿(mǎn)足各種步進(jìn)要求，故以2的整數(shù)次冪作為細(xì)分基準(zhǔn)。步進(jìn)顯示系統(tǒng)由液晶顯示器顯示當(dāng)前細(xì)分檔位和細(xì)分后的步進(jìn)角等參數(shù)。為了減少電路的復(fù)雜性，該顯示器顯示的最小單位規(guī)定為0.01°。步進(jìn)控制系統(tǒng)由D/A轉(zhuǎn)換部分和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。D/A轉(zhuǎn)換部分包括３片DAC0830集成芯片和數(shù)據(jù)鎖存系統(tǒng)。DAC0830轉(zhuǎn)換分辨率是8位，該芯片具有與微處理器兼容、價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)。D/A轉(zhuǎn)換部分的功能是將二進(jìn)制代碼表示的階梯波數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流值輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)放大，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用三 級(jí)管實(shí)現(xiàn)電流放大。

2.2細(xì)分階梯波的產(chǎn)生

細(xì)分的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，就是插入電流合成向量和轉(zhuǎn)換電流合成向量的過(guò)程。電流合成向量轉(zhuǎn)化的前提是合成向量的插入。在系統(tǒng)中，由主機(jī)根據(jù)設(shè)定的細(xì)分檔位，計(jì)算出相關(guān)參數(shù)，經(jīng)查表生成相對(duì)應(yīng)的階梯波，即插入了電流合成向量。在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的控制信號(hào)下，階梯波脈沖由輸出端口經(jīng)鎖存系統(tǒng)送入D/A轉(zhuǎn)換器件DAC0830進(jìn)行電流合成向量的轉(zhuǎn)化，輸出對(duì)應(yīng)的電流值，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大控制步進(jìn)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)分驅(qū)動(dòng)。