步進電機由于具有角位移和輸入脈沖數成正比并且沒有累積誤差的特點，而被廣泛地用作汽車儀表的顯示部件。在多數情況下，人們會使用專用的驅動芯片來驅動步進電機，主控制器只需要給出方向控制信號和控制轉動步數的脈沖就行了。另外，也有集成了步進電機驅動電路的MCU(微控制器)，如Freescale的MC9S12HY系列，其使用方法也比較簡單。然而，在很多較低端的汽車儀表，如微型車、農用車、三輪貨車和摩托車的儀表上，人們?yōu)榱私档统杀?，希望能夠不用專用驅動芯片或相對較貴的帶驅動電路的MCU，而是用普通的MCU直接去驅動步進電機。本文介紹了在Freescale的HCS08系列MCU上，如何用軟件來實現對VID29系列步進電機的直接驅動。本文所附帶的程序，已經在Freescale的LG32 Cluster Reference Design演示板上運行驗證過。

　　分步驅動和微步驅動

　　步進電機的驅動通常有分步方式和微步方式兩種。分步方式的優(yōu)點是驅動信號的幅度只有0和電源電壓(5V)兩種，與數字信號的低電平和高電平完全一一對應，因此只要使用MCU的普通數字I/O口(GPIO)就可以產生驅動信號，驅動程序也比較簡單。但是由于分步方式下，定子線圈產生的氣隙磁場的方向在每走一步的過程中都發(fā)生一個較大的跳變——對于VID29系列步進電機而言是60°的跳變，定子磁場從原來的方向跳變到下一個平衡位置的方向，轉子則在磁力的作用下加速向下一個平衡位置轉動，當它到達平衡位置的瞬間，速度達到最大值，而磁場力則變?yōu)榱?只考慮切向力，不考慮徑向力，因為徑向力與轉動無關。下同);然后，如果驅動信號沒有變化的話，轉子就會在慣性的作用下繼續(xù)往前轉動，偏離平衡位置，這時磁場力將會增大，而其方向卻變成跟剛才相反，于是就使轉子減速，當轉子與平衡位置的偏離達到最大時，其速度減為零，然后在磁場力作用下往回加速轉動;當轉子轉回平衡位置時，磁場力又變?yōu)榱?，而速度不為零，于是在慣性的作用下繼續(xù)轉動偏離平衡位置……如此反復，只要驅動信號還沒有再次改變，轉子就會象蕩秋千一樣在平衡位置附近來回振蕩，并在摩擦力的作用下幅度逐漸減小。這種振蕩還會產生一定的噪聲，所以用分步方式驅動時，步進電機的噪聲和抖動會比較大。

　　為了減小步進電機運行時的噪聲和抖動，人們設法讓定子線圈的磁場方向的跳變幅度變小，把一個分步一次的大跳變分成若干次較小的跳變來完成，于是就有了微步驅動方式，也叫細分驅動方式。

　　根據矢量合成的原理，當步進電機中的兩個線圈各自產生的磁場的強度按照正/余弦規(guī)律變化的時候，它們的合成磁場的方向就會勻速旋轉，而合成磁場的強度保持不變，如圖1所示。線圈產生的磁場強度與通過它的電流大小成正比，因此微步驅動方式就是讓通過線圈的驅動電流不是像分步方式那樣在0和最大值之間跳變，而是按照正/余弦規(guī)律分成幾個階梯逐步變化，如圖2所示。

　　那么如何來產生階梯變化的驅動電流呢?通常的做法是將一個PWM波形電壓信號施加到線圈上，以PWM的占空比來控制通過線圈的平均電流。對每個階梯電流，我們事先計算出所需的PWM脈沖的占空比，并做成查找表存放在FLASH中。在驅動步進電機轉動的時候，每走一個微步就從表中取出相應的占空比來對PWM模塊進行設置，然后在當前的這一步結束之前不再改變PWM脈沖的占空比。