1、引言
步进电机 是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。其 机械 位移和转速分别与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比。步进电机在工业生产及人们生活的方方面面的应用十分广泛，而 单片机 控制步进电机具有功能灵活多样，脉冲输出准确，实时性强的特点，且系统成本较低。
现有的小型步进电机驱动 电路 ，基本采用OC门驱动和 三极管 推拉式驱动。OC门电路驱动电机的缺点是驱动 电流 不够，响应速度慢，而且OC门最好工作在+5V电压环境下，在低电压环境下，工作不稳定。三极管推拉式驱动步进电机的缺点是NPN和PNP三极管的选择上。两个三极管的 PN结 开关 点要尽量相同，否则三极管会被 击穿 ，产生不安全隐患。
本文针对传统小型步进电机驱动存在的这些问题，并结合一种微型输注仪器的电机驱动装置的设计，提出一种新型步进电机驱动方案。本方案采用 MSP430 单片机，通过其上运行的软件控制MAX4685高速模拟开关的输出，从而实现对步进电机的控制。
这种低成本，高稳定，高性能的驱动方式，适合低电压，大电流，响应频率比较高的场合。
2、微型输注仪器的电机驱动方案
本文研制的微型输注仪器由三个部件组成：输注液容器、一个小型 电池 驱动的泵、用于准确控制泵输注剂量的 计算机 芯片。以上部件封装后，形成一个大小如同寻呼机的输注仪器，泵容器通过输入指令的控制由细塑料管输注液体。
该仪器的电机驱动装置，包括指令输入面板、驱动电路控制板、步进电机。驱动电路控制板采用 集成电路 MAX4685；其驱动电路控制板的输出端连接小型步进电机的输入端。该微型输注仪器的电机驱动框图如图1所示。
图1 电机驱动框图
输入面板是通过按键设置参数，通过在单片机运行的智能软件控制单片机的IO端口输出。单片机的IO端口连接集成电路MAX4685的输入端。集成电路MAX4685为高速模拟开关，输入为脉冲方波，控制MAX4685模拟开关的动作，使MAX4685的输出为脉冲方波。这样MAX4685可提供500mA的脉冲电流。MAX4685芯片为双路模拟开关，开关闭合时具有0.8Ω的 电阻 （2.7V工作），1.8V到5.5V电压工作范围。响应速度最高可达1MHz，驱动电流最大可达500mA。
MAX4685具体的参数如下：
NC端闭合电阻最大为0.8Ω（工作电压为2.7V）；
NO端的闭合电阻最大为0.8Ω（工作电压为2.7V）；
两个通道的匹配电阻最大为0.06Ω；
工作的电压范围1.8V-5.5V；
槛位电压为1.8V，最高输入信号电压为5.5V。
本实例是驱动两相直流步进电机。采用的单片机型号为MSP430F149。该型号的单片机是具有FLASH功能的超低功耗的16位单片机，工作电压为1.8V-3.6V。用按键选择菜单功能，设置参数。通过智能软件控制单片机的P50、P51、P52、P55 等4个IO端口输出驱动步进电机所用的脉冲波形，控制MAX4685的开关。用MAX4685的输出提供驱动步进电机所需的电流。电机的转速靠输出脉冲波形的频率来控制。电机的转动推动注射器输液。
具体的连接如图2所示。
图2 单片机、MAX4685、步进电机的连接关系图
本设计用单片机控制MAX4685的开关，用MAX4685的输出提供步进电机的脉冲波形，可确保输出电压波形稳定，驱动电流大，干扰小。达到低成本、高稳定性、响应速度快的低电压微型电机的要求。OC门和三极管推拉式驱动不易集成化。
3、电机驱动程序的具体设计与实现
合实例的电机驱动部分的连接关系，MAX4685的输入状态如表1。
表1 MAX4685的输入状态表
本文用MSP430F149单片机控制MAX4685模拟开关的动作，来实现对步进电机的控制。MSP430F149单片机的P50、P51 IO端口经MAX4685驱动后，连接到步进电机的相A上；P52、P55 IO端口经驱动后，连接到步进电机的相B上。步进电机的转动模式为全步模式，选用的是两相，每圈20步的步进电机。每步的转角为18度。每圈的转动精度为±10度。
步进电机的相的输入信号和转动关系如图3所示。相A和相B加的信号如果从1-4，将逆时针旋转，从4-1将顺时针旋转。
图3 步进电机相的输入信号与转动的关系
用MSP430F149的IO输出端输出信号，控制MAX4685的动作，产生相A和相B所需的信号。如表2所示。表中列出的信号为电机转动每步所需的信号关系。电机转动通过传动装置，推动注射器注液。
表2 单片机IO端口输出信号与转动的关系表
该微型输注仪器的电机驱动程序的具体流程如图4 所示，其中包括以下几个关键步骤：
（1）单片机相关IO端口定义
P5.0 P5.1 P5.2 P5.3 P5.4 P5.5 P5.6 P5.7
A B C Data Vdd D
（2）电机相关 定时器 定时初始化
TBCCR0 = Int Ti me; //主定时器 总时间
TBCCR1 = Int TI me1;
//定时器1 电机给电，高电平时间
TBCCR2 = Int TI me2;
//定时器2 电机停歇，低电平时间
（3）启动电机相关定时器
TBCCTL1 = 0x10; //开定时器1
TBCCTL2 = 0x10; //开定时器2
TBCTL = 0x0114; //开主定时器
（4）关闭电机相关定时器
TBCCTL0 = 0x00;
TBCCTL1 = 0x00;
TBCCTL2 = 0x00;
（5）中断处理函数
in te rrupt［ TI MERB1_VECTOR］ void TI mer_B1 （void）
根据定时器中断向量TBIV 的值调整 马达 走步方向，或将马达走到相应位置。
图4 电机驱动流程图
4、结论
本设计改变了现有的OC门驱动和三极管推拉式的驱动方式，采用了MAX4685高速模拟开关直接驱动小型步进电机。这种驱动方案的响应速度可达到1MHz，驱动电流可达到500mA，可设计成低成本、高稳定性、响应速度高的电机驱动电路，直接驱动小型步进电机。同时具有原理简单，易于实现的特点。
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