如何簡化步進電機系統(tǒng)設計

現(xiàn)代步進電機驅(qū)動系統(tǒng)通常使用集成電路功率芯片驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，有時可能還會集成一些簡單的控制功能，像電流控制。有些較先進的控制芯片還集成一個狀態(tài)機，對步進電機的步進順序進行相應的控制。一般而言，步進時序和運動曲線是由一個外部微控制器或?qū)Ｓ玫腁SIC邏輯電路控制的。如果需要控制多臺電機，解決辦法無非是給每臺電機安裝專用邏輯電路或者在微控制器上安裝每臺電機的控制軟件。通過在一顆芯片上集成一個數(shù)字控制內(nèi)核和驅(qū)動電路，意法半導體的新產(chǎn)品 L6470可簡化多電機控制系統(tǒng)的設計。這款新IC采用電壓控制模式，能夠以1/128微步進管理用戶設置的運動曲線，而且這些操作對主微控制器的負荷影響微乎其微。在采用該控制器的系統(tǒng)中，因為微控制器只需向控制器發(fā)出高級運動命令，所以只用一個微控制器即可輕松管理多臺電機。

前言

意法半導體新推出的步進電機控制芯片L6470在一顆芯片上集成了功率級和一個數(shù)字控制內(nèi)核。這款步進電機控制芯片能夠通過SPI接口接收微控制器的運動曲線命令，按照預制的加速度和速度曲線自動執(zhí)行運動，還能自動加快電機的運轉(zhuǎn)速度，并使之保持預設的轉(zhuǎn)速。
該控制器的結(jié)構(gòu)如圖1所示?？刂七壿嬰娐肥且粋€可以設置的狀態(tài)機，能夠接收并保存各種參數(shù)，例如：加速度、減速度、啟動轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速、相電流控制 (PWM)和步進模式。從全步進到1/128微步進，該控制器共支持8種步進模式。內(nèi)部絕對位置計數(shù)器負責計算所選步進模式的步進或微步進的數(shù)量，以相當于該步進模式的分辨率跟蹤電機轉(zhuǎn)子位置。每步旋轉(zhuǎn)1.8 度，1/128微步電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一整圈后，位置計數(shù)器將自動增加25600（128×200步）。
所有的運動參數(shù)和命令都是通過SPI接口送到控制器?？刂七壿嬰娐坟撠熃忉屒斑M步數(shù)等運動命令，控制電機從靜止開始做加速運轉(zhuǎn)再返回到停止狀態(tài)所需的步進時間和步數(shù)輸出，同時執(zhí)行命令中的步進總數(shù)。該芯片還能給這些運動命令排隊和發(fā)送，進行復雜的運動控制，從而能夠大幅減少微控制器的開銷。

圖1：結(jié)構(gòu)框圖。

運動和位置命令

數(shù)字內(nèi)核可執(zhí)行五種運動命令和4種停止命令:

Run (Direction, Speed):加速運轉(zhuǎn)直到接到停止命令為止

Move (Direction, N_Steps):沿命令方向運動N步

GoTo (Position):沿最直接路徑運動到絕對位置

GoTo (Direction, Position):沿指令方向運動到絕對位置

GoUntil (Act, Direction, Speed):加速運轉(zhuǎn)直到有外部事件發(fā)生為止

SoftStop:減速直到停止

Hard Stop:緊急制動（無減速過程）

SoftHiZ:減速到停止，然后關閉電橋

HardHiZ:緊急制動，并關閉電橋