刍议EDA技术下的步进电机控制电路设计

材料制成，并使用了励磁绕组，被广泛使用于各生产领域中。

1.步进电机控制电路的减速、增速设计要点

与普通电机控制电路相区别，步进电机控制电路使用脉冲作为电路控制信号，并将数字控制技术与电路设计方案结合起来，摒弃了以往步进电机多选择了专业接口芯片、多用单片机的设计方法。采用脉冲作为控制信号的步进电机电路系统能够在极短时间内，提升电路的运行效率，但同时存在应变能力薄弱、容易遭受外界环境干扰等问题。下文中，笔者将阐述应用了EDA技术后的步进电机控制电路设计策略，分析其中的优势与设计要点。

现阶段，我国步进电机控制电路的设计方案类型众多，包括抛物线法、指数法、梯形图法等等。本次设计案例选择了梯形设计思路（具体参考图1）。从梯形设计分析图例中，我们可以看到电路脉冲信号的线性增速、线性减速、匀速不变等3个过程阶段，通过不同阶段中脉冲信号的不同传播特点，能够实现步进电机传播频率的匀速减速、匀速增速，确保惯性转矩数值和负载转矩数值的总和，始终低于电磁转矩，防止步进电机发生跨步、失步等运转失误。从图1中，我们可以看出步进电机控制电路的设计重点在于线性增速、线性减速这2个阶段，为了有效控制脉冲信号变化频率，最有效、简便的设计策略是使用分频手段，为了保证脉冲信号和频率，二者同时实现线性变化，我们应当从中引入DDS数字合成变频技术。

2.步进电机控制电路的DDS设计要点

所谓的DDS数字合成变频技术可以理解为，采用数字化的频率合成手段，使脉冲频率、脉冲信号、相位能够被有效控制。DDS数字合成变频技术的运作原理为：利用相位增量累加的设计思路：在时钟信号clk作用下，对相位增量寄存器输出的相位增量作累加后寄存，相位累加寄存器取二进制n位，当累加值大等于2n时产生溢出，累加计算继续运行，相位累加寄存器数值渐次排列，直到再次溢出。分析得出，数值溢出速度的块面和相位增量构成正比关系，即：相位增量数值越高，溢出速度也相应越快。如果相位累加寄存器每溢出一次，让溢出信号co求反一次，则可输出脉冲，这个脉冲信号的频率代表了溢出率，只要给相位增量寄存器不同的频率控制字（相位增量），就可以在co获得对应的不同频率的脉冲信号，参考图2。

3.步进电机控制电路的方向控制模块设计要点

方向模块设计的实现与仿真设计可以理解为，方向模块具有两个脉冲控制电路，分贝输入PWIVI信号和变频脉冲信号，前者将根据输入PWM信号数值的不同，而改变脉冲分配器的四相输出时间顺序，从而带动步进电机运作；后者根据输入脉冲信号方向的不同，使得脉冲分配器产生的时序脉冲方向也有所不同，从而確定步进电机的运作方向。

根据四相八拍的控制方式，定子通电顺序为（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A），因此本系统中采用了Mealy型状态机描述方法，状态取值依次是：SO=0001，S1=0011，S2=0010，S3=0110，S4=0100，S5=1100，S6=1000，S7=1001。-DAB-AB……。按控制时序的要求，用“1”表示该绕组加电，“0”表示该绕组断电，参考图3。

图4为步进电机控制电路的方向控制模块的仿真波形运作规律，当信号u和D分别为高电平时，状态流程为相反方向，代表步进电机向着相反的方向运作。

4.结论

综上所述，我们从步进电机的运作原理开始分析，介绍了当前国内主要适用的几种部件电机控制电路类型，并从避免、预防步进电机跨步、失步等错误问题入手，探讨了脉冲变频线性增速、减速的电路控制方案。我们认为，使用DDS数字合成变频技术，可以有效弥补之前步进电机设计方案的缺陷与不足，提升步进电机运作的运行速率，使得操作控制更为便捷智能化，全面提升了步进电机的运作效果。

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