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　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，

I AB 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。
　　如图

1 所示，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、I3 3 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。
　　图

1 步进细分原理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
　　如图

2 所示，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，能满足各种步进要求，故以

2 的整数次幂作为细分基准。步进显示系统由液晶显示

器显示当前细分档位和细分后的步进角等参数。为了减少电路的复杂性，该显示器显示的最
小单位规定为

0.01°。步进控制系统由 D/A 转换部分和驱动系统组成。D/A 转换部分包括 3

片

DAC0830 集成芯片和数据锁存系统。DAC0830 转换分辨率是 8 位，该芯片具有与微处

理器兼容、价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点。

D/A 转换部分的功能是将二进制代码

表示的阶梯波数值转换为相应的电流值输出，经驱动系统放大，控制步进电机转动。驱动系
统采用三级管实现电流放大。
　　图

2 多级细分驱动系统组成

2.2 细分阶梯波的产生
　　细分的实现过程，就是插入电流合成向量和转换电流合成向量的过程。电流合成向量转
化的前提是合成向量的插入。在系统中，由主机根据设定的细分档位，计算出相关参数，经