步进电机多级细分驱动方法探讨与研究

步进电机作为电磁机械装置，其进给的分辨率取决于细分驱动技术。采用软件细分驱动方式，
由于编程的灵活性、通用性，使得步进细分驱动的成本低、效率高，要修改方案也易办到。同
时，还可解决步进电机在低速时易出现的低频振动和运行中的噪声等。但单一的软件细分驱
动在精度与速度兼顾上会有矛盾，细分的步数越多，精度越高，但步进电机的转动速度却
降低；要提高转动速度，细分的步数就得减少。为此，设计了多级细分驱动系统，通过不同
的细分档位设定，实现不同步数的细分，同时保证了不同的转动速度。

 

1 细分驱动原理 

步进电机控制中已蕴含了细分的机理。如三相步进电机按

A→B→C……的顺序轮流通电，

步进电机为整步工作。而按

A→AC→C→CB→B→BA→A……的顺序通电，则步进电机为

半步工作。以

A→B 为例，若将各相电流看作是向量，则从整步到半步的变换，就是在 IA

与

IB 之间插入过渡向量 IAB，因为电流向量的合成方向决定了步进电机合成磁势的方向，

而合成磁势的转动角度本身就是步进电机的步进角度。显然，

IAB 的插入改变了合成磁势的

转动大小，使得步进电机的步进角度由

θb 变为 0.5θb，从而也就实现了 2 步细分。由此可见，

步进电机的细分原理就是通过等角度有规律的插入电流合成向量，从而减小合成磁势转动
角度，达到步进电机细分控制的目的。

 

在三相步进电机的

A 相与 B 相之间插入合成向量 AB，则实现了 2 步细分。要再实现 4 步细

分，只需在

A 与 AB 之间插入 3 个向量 I1、I2、I3，使得合成磁势的转动角度 θ1=θ2=θ3=θ4，

就实现了

4 步细分。但 4 步细分与 2 步细分是不同的，由于 I1、I2、I33 个向量的插入是对电

流向量

IB 的分解，故控制脉冲已变成了阶梯波。细分程度越高，阶梯波越复杂。 

在三相步进电机整步工作时，实现

2 步细分合成磁势转动过程为 IA→IAB→IB；实现 4 步

细 分 转 动 过 程 为

IA→I2→IAB…… ； 而 实 现 8 步 细 分 则 转 动 过 程 为

IA→I1→I2→I3→IAB……。可见，选择不同的细分步数，就要插入不同的电流合成向量。

2 多级细分驱动系统的实现 

2.1 系统组成 

系统由主机、键盘输入系统、步进显示系统、步进控制系统组成。主机采用

AT89C51 单片机，

其为低功耗的

8 位单片机，片内有一个 4K 字节的 Flash 可编程、可擦除、只读存储器，故可

简化系统构成，且可满足本系统数据存储空间的要求。主机接收串行口送来的步进控制数据，
并对其进行处理，以实施步进控制。键盘输入系统是用来输入控制所需的细分档位。系统设
计时，考虑到随着细分的精确化，如

128 步细分时，步距角达到足够小，能满足各种步进