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中国矿业大学2014届本科生毕业设计 第 15 页

图2.12 L297引脚

图2.13 L297内部方框电路图

在图2.13所示的L297的内部方框图中。变换器是一个重要组成部分。变换器由一个三倍计算器加某些组合逻辑电路组成，产生一个基本的八格雷码(顺序如图2.14所示)。由变换器产生 4个输出信号送给后面的输出逻辑部分，输出逻辑提供禁止和 斩波器功能所需的相序。为了获得电动机良好的速度和转矩特性，相序信号是通过 2 个PWM斩波器控制电动波器包含有一个比较器、一个触发器和一个外部检测电阻，如图2.15所示，晶片内部的通用振荡器提供斩波频率脉冲。每个斩波器的触发器由振荡器的脉冲调节，当负载电流提高时检测电阻上的电压相对提高，当电压达到Uref时(Uref是根据峰值负载电流而定的)，将触发器重置，切断输出，直至第二个振荡脉冲到来、此线路的输出(即触发器Q输出)是一恒定速率的PWM信号，L297 的CONTROL端的输入决定斩波器对相位线A，B，C，D或抑制线INH1 和INH2 起作用。CONTROL为高电平时，对A，B， C，D有抑制作用；为低电平时，则对抑制线INH1 和INH2 有抑制作用。

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图2.14 L297 变换器换出的八步雷格码（顺时针旋转） 图 2.15 斩波器线路

L297能产生单四拍、双四拍和四相八拍工作所需的适当相序。3种方式的驱动相序都可以很容易地根据变换器输出的格雷码的顺序产生，格雷码的顺序直接与四相八拍(半步方式)符合 ，只要在脚19输入一高电平即可得到。其波形图如图2.16所示。

图2.16 四相八拍模式波形图

通过交替跳过在八步顺序中的状态就可以得到工作全步工作方式，此时需要在脚19接一个低电平，前已述及根据变换器的状态可得到四拍或者双四拍2种工作模式，如图2.17、2.18所示。

图2.17 单四拍模式波形图

图2.18 双四拍模式波形图

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2.4 L298简介

L298N为SGS-THOMSON Microelectronics所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver)，内部包含 4 信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动 2 个二相或 1 个四相步进电机，内含二个H-Bridge的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动 46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号，但在本驱动电路中用L297来提供时序信号，节省了单片机IO端口的使用。L298N之接脚如图2.19所示，Pin1和Pin15可与电流侦测用电阻连接来控制负载的电路；OUTl、OUT2 、OUT3和OUT4用来接步进电机；INPUT1到INPUT4输入控制电机的正反转；ENABLE则控制电机停转。

图2.19 L298引脚

2.5本章小结

本章主要是对步进电机和设计所需元器件的概述，步进电机的介绍主要包括步进电机的工作原理、分类、特点，元器件则主要是89C51、L297、L298等，对包括工作引脚图等一系列相关内容进行了讲解，为后面的硬件设计和软件设计提供必须的理论基础。

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3 硬件设计

3.1 L297和L298组合电路

L297 加驱动器组成的步进电机控制电路具有以下优点：使用元件少,组件的损耗低，可靠性高体积小，软件开发简单,并且计算机(或单片机)硬件费用大大减少。 L297 与 L298 配合使用控制双极步进电机工作电流可达 2.5A。图3.1为 L297 和 L298 组成的控制驱动器的线路图。

L297 的特性是只需要时钟、方向和模式输入信号。相位是由内部产生的，因此可减轻计算机(或单片机)程序设计的负担。L297 和 L298 组合控制驱动的步进电机可用于如打印机的托架位置、记录仪的进给机构，以及打字机、数控机床、软盘 驱动器、机器人、绘图机、复印机、阀门等设备和装置。L298N就是L298的立式封装的器件。

图3.1 L297/L298典型应用电路

3.2方案设计

从系统的设计要求看出，系统的输入量为速度、方向、复位和单步运行，速度分为加速、减速，方向分为正转、反转，信号线的开始需要六个输入线。根据所选的四相步进电机，得出使该步进电机工作在四相八拍方式的脉冲分配表。