基于STM32的微型步進電機驅動控制器設計

摘 要： 設計了一種微型步進電機驅動控制器，通過上位機界面修改步進電機轉速、旋轉角度、細分系數。該設計以STM32F103T8U6作為主控制器，以A4988步進電機驅動設備，上位機串口界面作為人機接口界面，詳細分析步進電機驅動設備的工作原理、各部分接口電路以及控制器設計方案。通過實物設計實現了步進電機轉速、正反轉任意角度和細分系數的控制，并通過精確計算步進脈沖個數實現了任意旋轉角度的精確控制，該驅動控制器步進角度精度高達0.112 5度。

關鍵詞： 微型步進電機；STM32F103T8U6；A4988；串口；正反轉

0 引言

自從上世紀20年代英國人開發了步進電機，50年代后期晶體管的發明也逐漸應用在步進電機上，并使得步進電機的數字化控制更為方便。經過不斷改良，今日步進電機已廣泛運用在生產過程中要求自動化、省人力、效率高的機器中，尤其在重視速度、位置控制、需要精確操作指令動作的靈活控制場合步進電機用得最多。

本文旨在以STM32F103T8U6[1]作為A4988[2]控制器，并以A4988作為微型步進電機驅動器設計步進電機控制器模塊，實現閉環精確控制微型步進電機的步進角度的功能，并從多方面深入分析A4988的工作原理以及微型步進電機速度控制和步進角度精確控制策略[3-4]。

1 A4988的特性和工作原理

1.1 A4988的特性

A4988是一款完全的微步電動機驅動器，帶有內置轉換器，易于操作。該產品可在全、半、1/4、1/8及1/16步進模式時操作雙極步進電動機，輸出驅動性能可達35 V及±2 A。A4988包括一個固定關斷時間電流穩壓器，該穩壓器可在慢或混合衰減模式下工作。轉換器是A4988易于實施的關鍵。只要在“步進”輸入中輸入一個脈沖，即可驅動電動機產生微步。無須進行相位順序表、高頻率控制行或復雜的界面編程。A4988界面非常適合復雜的微處理器不可用或過載的應用。在微步運行時，A4988內的斬波控制可自動選擇電流衰減模式(慢或混合)。在混合衰減模式下，該器件初始設置為在部分固定停機時間內快速衰減，然后在余下的停機時間慢速衰減。混合衰減電流控制方案能減少可聽到的電動機噪音，增加步進精確度并減少功耗。提供內部同步整流控制電路，以改善脈寬調制(PWM)操作時的功率消耗。內部電路保護包括：帶滯后的過熱關機、欠壓鎖定(UVLO)及交叉電流保護，不需要特別的通電排序。

1.2 A4988的工作原理

為了更加清晰地分析A4988的工作原理，首先深入分析A4988的內部結構。為A4988的內部結構圖和典型的外部電路連接圖。

由圖1所示，A498