液体点滴速度监控系统设计
L298N.
Fig. 7. Required High and Low side transistor excitation sequences
Fig. 8. Generation of Input signals to the L298N
The L298N consists with H-bridges and one output of a bridge was used for a phase. Two inputs of one H bridge is dependent each other. Therefore both outputs of
a single bridge cannot be used. To generate five phases, it is required to have three numbers of L298N dual full bridge driver ICs. The selection of inputs and outputs of L298N are shown in Fig.13 of Section IV.
一种新的五相步进电机驱动电路开发
摘要
本文详细地介绍了一种新的五相步进电机驱动电路。这种新的驱动电路是由商业上现成的，廉价的，标准的步进电机驱动 IC 搭建，它能实现由内部电流回路驱动的闭环速度和位置控制。经证明，这种驱动电路能推广到任何更多相数的奇数相的步进电机。
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大学毕业设计（论文）
这种驱动电路具有速度控制和方向控制，包括全步、半步、顺时针、逆时针控制模式。
一、概述
在大多数机器人和自动化工程设计中，各种各样步进电机都被广泛应用来得到需要的运动姿态。步进电机倍受人们青睐是因为它不需要频繁的维护并能在苛刻的环境中运行。步进电机及其驱动器的选择要根据具体应用中需要的效果来决定。市场上最常见的是两相和四相步进电机。
可是，实际应用中要求高精度，低噪声和低震动，因此五相步进电机得以应用。因为步距角较小，五相步进电机有较高的分辨率，较低的震动和良好的加速与减速特性。因此，确保设计的驱动电路能使步进电机充分发挥这些优点非常重要。
因为在机器人应用中是很少见得类型，而且结构很复杂，很难找到它们的驱动 IC，只能专门定做。结果导致五相步进电机的驱动电路产品异常昂贵。
用普通步进电机如二相与四相步进电机的驱动控制 IC 来制作其它步进电机的驱动电路是一种经济有效的方法。
L297 继承了控制单极性和双极性步进电机所需要的所有控制电路系统。L298N 双 H 桥驱动器形成了一个完善的步进电机微处理器接口。在这里，我们
通过给L297和L298N加上微处理器和逻辑控制系统研究开发出了一种新的五相 步进电机驱动电路。
第二部分解释了元器件特性。第三部分介绍了控制逻辑电路设计。第四部分是接口设计，结果在第五部分。最后，第六部分加以总结。
二、 主要元器件特性分析
如图一所示，集成块 L297 可以与 H 桥集成电路一起使用作为步进电机驱动器。在该设计中，H 桥的功能用 L298N 或者 L293E 实现。这要根据步进电机的额定功率而定。输入 L297 的控制信号可能来自为控制器或者外部开关。一个 IC能驱动一个两相双极性永磁式步进电机，一个四相单极性永磁式步进电机或者一个四相变磁阻式步进电机。因为用到的电子元器件非常少，该设计好处颇多，比如，花费少，可靠性高，占用的空间相对较小。按照接收到的输入信号的不同，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1 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
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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2 包含触发器、振荡器和电压比较器的电流控制电路
图3 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。
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大学毕业设计（论文）
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4 当 CONTROL 为低电平时的抑制斩波波形
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5 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
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图6 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。
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。
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