使用中密度 STM32F103xx 微控制器驱动双极步进电机

前言

本应用笔记讲解了当使用基于 cortex-M3 微控制器的 medium-density STM32F103xx 系列产品驱动双极步进电机时，怎样做到体积小、速度高、成本低、资源少。它提供一种简单的方法，实现全步进和半步进工作模式控制步进电机。

步进电机是一种机电设备，可将电脉冲转换为离散的机械步进运动。当以适当顺序施加电命令脉冲时，步进电机的轴将以离散步进旋转。当需要受控的运动时，步进电机是一个很好的选择。尤其是当应用需要控制旋转角、速度、位置和同步时，它们非常有用。

步进电机的主要优势在于它们不需要反馈器件；与其它运动控制系统相比，它们很便宜；它们有极佳的低速扭矩且很稳定。很多步进电机应用都得益于 STM32F10xxx 器件的功耗、特性及灵活性。包括机器人控制器、车床工具、摄影机及其它精确的轴位置控制环境。

此外，STM32F10xxx 微控制器的高性能为设计者们提供了仅需控制器的很低计算资源，就可以稳定控制步进电机。

本应用笔记给出了一个简单的方法来实现按照典型运行曲线运行 （先加速，再匀速，最后减速）的步进电机控制。用户可选择工作模式 （全步进或半步进）、电机的旋转方向 （顺时针或逆时针）、控制电流模式（快衰减或慢衰减）。此方法使用 medium-density STM32F103xx及 L6208 全集成两相步进电机驱动。此方法价格最低、实现最简单、使用的 CPU 负荷最小。

1 步进电机基础

1.1 步进电机类型有三种基本的步进电机类型：
● 可变磁阻
● 永磁
● 混合

可变磁阻 （VR）电机类型已经存在了很长时间。从构造角度，它可能是最容易理解的。此类电机包含一个软铁多齿转子和一个绕线定子。当向定子绕组输入 DC 电流时，定子励磁为磁极，当转子的齿被吸到通电的定子磁极时，会发生旋转。

永磁（PM）电机类型向电机结构增加了永磁体。转子不像 VR 电机中那样有齿，而是磁化为交替的北极和南极，两极位置在与转子轴平行的直线上。这些磁化转子极提供了增强的磁通量密度，与 VR 类型相比，它为 PM 电机带来了更好的扭矩特性。

混合（HB）电机类型在步进分辨率、扭矩和速度方面有更好的性能。此类电机融合了 PM 和VR 步进电机这两种类型的最佳特性。与在 VR 电机中一样，转子是多齿的，在其转轴周围包含轴向磁化的同心磁。转子上的齿提供了更好的路径，有助于将磁通引导至气隙中的所需位置。与 VR 和 PM 电机类型相比，此特性增加了电机的制动、保持和动态磁通特性。

步进电机可为双极或单极绕组。

单极步进电机有两个相同的线圈，它们不做电连接，都有中心抽头。双线无感线圈组的任一端通电，共用中心抽头，则磁通反转。单极步进电机的优势在于它们仅需要一个切换开关。然而，它们需要双线无感线圈组，这意味着对于一个给定的体积因子，线更细，电阻更高。

除了线圈没有中心抽头外，双极步进电机与单极电机相同。对于双极电机，可使用 H 桥反转绕组的极性及磁通。双极步进电机的优势在于它们仅使用一个线圈，因此具有较好的体积因子 （较低的线圈电阻）。

单极电机仍被广泛使用，因为当与分立器件一起实现时，它们的驱动电路更简单。然而，对于现今的集成电路，驱动双极电机所需的元件也不比单极电机多。

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