毕业论文-天车防撞系统的设计(9)

本科生课程设计（论文）

L297产生三种不同模式的相位序列，即半步模式，全步模式和波形模式。

图一 用L297和L298N构成的驱动一个两相单极性步进电机或一个四相单

极性步进电机的电路图

A. 电流控制 小型步进电机一般小型直流电源来控制绕组电流，它们的绕组电阻也是有限制的。在另一方面，拥有较大额定扭矩值的步进电机具有较小的绕组电阻。因此，它们需要对电流进行控制。

L297以两个脉冲宽度调制（PWM）斩波电路的形式提供负载电流控制，每个斩波电路由一个比较器，一个触发器和一个外部感应电阻组成。

在该理论中，当电机电流增加时，控制系统将电源电压施加到电机。如图二所示，当电流值达到阈值时，控制系统将通过改变电源电压的占空比来维持电流的期望值。对于每一个斩波电路来说，步进电机电源电压的占空比（D）定义为：

D = Ton / (Ton + Toff),

其中Ton 和Toff分别是H桥的导通和断开时间。

在斩波电路中，触发器由来自振荡器的各个脉冲置位，从而允许输出和允许负载电流增长。

感应电阻两端的电压随着负载电流的增长而增长，当电压增长到Vref时，触发器被重置，输出中断直到下次振荡器脉冲到来。在该方法中，Vref决定了负载电流的峰值。

图二 包含触发器、振荡器和电压比较器的电流控制电路

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图三 用于电流控制的PWM操作的电压

图三展示了穿过电机的电流是如何被控制的。当电机的电流超过设定值时，施加于电机端得电压将降为零。因此，电流将会衰减，最终电机电流被控制住。

L298N是一块包含着两个H桥的单片集成电路。此外，低位晶体管的发射极被引出来作为扩展端子以允许电流敏感电阻的连接。

B．抑制斩波模式下的电流控制

抑制斩波控制模式和相位线斩波控制模式是当今两种最常见的电流控制技术。在后一种方式中，当敏感电阻的电压达到Vref时,只有低端的开关断开。因此这种方法并不适用，我们选用抑制斩波模式。需要的开关序列可以直接来自L297N。

抑制斩波模式可以通过将L297N的CONTROL端接地实现。然后斩波作用于INH端来控制通过电机线圈的电流。因此，L297输出的INH信号对创造L298N的使能信号起着非常重要的作用。在敏感电阻的电压达到Vref的情况下，斩波触发器被重置，INH端子被激活并处于低电平状态。然后，所有四个桥电路截止。斩波频率由L2907内部的振荡器决定。在所有的晶体管截止之后，二极管为绕组电流提供转移通路。在下一个振荡周期里，H桥导通。

图四说明了当相信号A处于高电平而相信号B处于低电平的时刻的电流控制情况。为了产生和INH1信号相同的激发信号来控制负载电流，这些A和B信号被输入到与L298N中高、低电平开关相连的两个与门。当且仅当INH1为高电平时，与门的输出为高电平。

图四 当CONTROL为低电平时的抑制斩波波形

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三、 逻辑电路设计

如图五所示，在任何运行模式下，L297的A,B,C,D相的波形每隔四个时钟周期重复一次。为构建五相步进电机驱动电路，在十个时钟周期之后对相波形进行转换十分重要。

图五 在一般工作模式下，L297四相步进电机的两相或者两相步进电机绕组被导通，

每四个时钟周期后序列重复

图六 五相激励序列

通过分析L297的3种工作模式，很明显应该选择一般工作模式，也通常被称作两相导通模式，来产生如图六所示的激励五相步进电机的序列。

通过研究五相步进电机所需要的激励序列和L297的A,B,C,D相序列来设计出需要的逻辑电路。按照下列步骤进行。

1、 如图六所示，从五相的激励序列中分离出每一相的高低侧晶体管激励模

式。

2、 从L297的A,B,C,D选出合适的相位来产生高侧激励序列。

3、 利用微控制器的A,B,C,D输出信号和相关的与门产生L298N的输入信

号。

4、 产生L298N的ENA（A使能）和ENB（B使能）信号。

将10步的相型分为20步等同于L297输出的四个时钟周期的相型。图七解释了高、低侧激励序列的时钟周期选择。

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通过选择L297的合适的输出相位，可以产生高侧晶体管的激励序列。已经选择的顺序，即L297的两相导通模式如图八所示。微控制器信号用以产生所需的高侧脉冲模型。有四个输入端的DM74LS08含有两个门，用来将接收到的L297信号和微控制器信号相与。

如图九所示，输入信号和使能信号共同决定了高低侧晶体管的开关模式。因此，微控制器提供了使能（EN）信号。但是为了达控制电机电流的目的，INH信号必须与L298N的使能信号衔接，这在下面的电流控制部分会有解释。图十解释了怎样利用由微控制器产生的所需的使能信号和来自L297的抑制（INH）信号来产生L298N的EN信号。这两种信号的与操作产生了L298N相关的EN信号。

图七 需要的高低侧晶体管的激励序列

图八 L298N输入信号的产生

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L298N包含两个H桥，其中一个H桥的输出端被用作一相。H桥的两个输入端彼此独立。因此，单独一个H桥的两个输出端都无法使用。为了产生五个相数（的信号），需要使用3个L298N双H桥驱动IC。L298N的输入端与输出端选择将在第四部分的图十三中加以说明。

图九 L298N的拉高与接低操作

图十 使能信号的产生

四、 接口设计

用以产生L298N需要的输入信号的逻辑电路和微控制器控制信号在驱动电路中扮演着主要角色。图十一展示了L297的接口，DM74LS08双与门IC和与微控制器PIC16F877A相连的L298N。

图十二说明了电路的配置。为了限制通过电机绕组的电流，控制信号必须接地以进入抑制控制模式。微控制器提供了CLOCK信号，HALF/FULL引脚必须接地来进入全步模式（两相导通模式）。ENABLED是用来控制电机运转的。当它处于低电平状态时，INH1, INH2, A, B, C, D都被置于低电平状态。Vref的取值设定了通过电机的电流。这里用到了两个L297，必须使它们同步。这可以通过

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