浅谈汽车仪表步进电机控制算法的仿真

　随着计算机技术和微电子技术的发展，越来越多的新技术在汽车制造业得到
了广泛应用。步进电机式汽车组合仪表是通过单片机控制微型步进电机，带动指
针转动来显示和记录汽车行驶过程中的相关信息。与传统的动磁式和动圈式机芯
汽车仪表相比，它具有体积小、重量轻、指示准确、可靠性高、抗干扰性强、生产和
检测工艺简单、兼容性和通用性强、一致性好等优点，己成为当今世界汽车仪表
的发展趋势。本文介绍一种基于

MicronasCDC3207G 微控制器的汽车仪表板步进

电机控制的解决方案。
　　步进电机控制
　　步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，

 广泛应用在各种

自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱
增，在各个国民经济领域都有应用。
　　步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一
个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为

"步距

角

"），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控

制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电
机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的
特种电机，利用其没有积累误差（精度为

100%）的特点，广泛应用于各种开环

控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（

VR）、永磁式步进电机

（

PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

　　控制步进电机实际上是控制输入脉冲序列，使步进电机轴按照预定方向转
动需要的角度。汽车仪表中应用的主要是两相步进电机，有两个独立绕组。通过
控制两个独立绕组上的脉冲信号，就能实现对步进电机的控制。此外，一般步进
电机内部在电机转轴与指针之间都装有降速齿轮组，使得转动轴与指针之间有
一定的降速比，这样可以降低指针转动的抖动，使电机指针转动更加平滑。
　　本控制算法采用

Microcomponents 公司的 SWITEC 步进电机，其电机转动

轴与指针之间的转速比为

180:1,即步进电机转动轴旋转 180°，步进电机的指针

旋转

1°。

　　步进电机控制算法
　　控制算法基本功能
　　控制算法主要功能是控制步进电机以完成仪表的显示，主要是根据实时数
据计算得到显示仪表的位置信息，再根据位置信息计算出步进电机控制指令。对
于内部集成了步进电机控制模块的微控制器，控制算法最终输出控制寄存器的
数值，微控制器根据寄存器的数值产生驱动信号，实现对步进电机的控制。
　　

CDC3207G 微控制器

　　

CDC3207G 微控制器是 Micronas（微开）公司的一款基于 ARM7TDMI 内

核的

32 位[0]微控制器，它集成了 7 个步进电机模块，再加上 PWM 软件模拟最

多可以直接驱动

8 路步进电机。每个步进电机模块通过 4 个控制器内部连接了 H

桥的高电流输出端口，直接驱动两相步进电机。通过软件便可以产生步进电机定
位需要的各种脉冲。