如何簡(jiǎn)化步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常使用集成電路功率芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，有時(shí)可能還會(huì)集成一些簡(jiǎn)單的控制功能，像電流控制。有些較先進(jìn)的控制芯片還集成一個(gè)狀態(tài)機(jī)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)順序進(jìn)行相應(yīng)的控制。一般而言，步進(jìn)時(shí)序和運(yùn)動(dòng)曲線是由一個(gè)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(tái)電機(jī)，解決辦法無(wú)非是給每臺(tái)電機(jī)安裝專(zhuān)用邏輯電路或者在微控制器上安裝每臺(tái)電機(jī)的控制軟件。通過(guò)在一顆芯片上集成一個(gè)數(shù)字控制內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)電路，意法半導(dǎo)體的新產(chǎn)品 L6470可簡(jiǎn)化多電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這款新IC采用電壓控制模式，能夠以1/128微步進(jìn)管理用戶設(shè)置的運(yùn)動(dòng)曲線，而且這些操作對(duì)主微控制器的負(fù)荷影響微乎其微。在采用該控制器的系統(tǒng)中，因?yàn)槲⒖刂破髦恍柘蚩刂破靼l(fā)出高級(jí)運(yùn)動(dòng)命令，所以只用一個(gè)微控制器即可輕松管理多臺(tái)電機(jī)。

前言

意法半導(dǎo)體新推出的步進(jìn)電機(jī)控制芯片L6470在一顆芯片上集成了功率級(jí)和一個(gè)數(shù)字控制內(nèi)核。這款步進(jìn)電機(jī)控制芯片能夠通過(guò)SPI接口接收微控制器的運(yùn)動(dòng)曲線命令，按照預(yù)制的加速度和速度曲線自動(dòng)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)，還能自動(dòng)加快電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，并使之保持預(yù)設(shè)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€(gè)可以設(shè)置的狀態(tài)機(jī)，能夠接收并保存各種參數(shù)，例如：加速度、減速度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速、相電流控制 (PWM)和步進(jìn)模式。從全步進(jìn)到1/128微步進(jìn)，該控制器共支持8種步進(jìn)模式。內(nèi)部絕對(duì)位置計(jì)數(shù)器負(fù)責(zé)計(jì)算所選步進(jìn)模式的步進(jìn)或微步進(jìn)的數(shù)量，以相當(dāng)于該步進(jìn)模式的分辨率跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。每步旋轉(zhuǎn)1.8 度，1/128微步電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一整圈后，位置計(jì)數(shù)器將自動(dòng)增加25600（128×200步）。
所有的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和命令都是通過(guò)SPI接口送到控制器?？刂七壿嬰娐坟?fù)責(zé)解釋前進(jìn)步數(shù)等運(yùn)動(dòng)命令，控制電機(jī)從靜止開(kāi)始做加速運(yùn)轉(zhuǎn)再返回到停止?fàn)顟B(tài)所需的步進(jìn)時(shí)間和步數(shù)輸出，同時(shí)執(zhí)行命令中的步進(jìn)總數(shù)。該芯片還能給這些運(yùn)動(dòng)命令排隊(duì)和發(fā)送，進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制，從而能夠大幅減少微控制器的開(kāi)銷(xiāo)。

圖1：結(jié)構(gòu)框圖。

運(yùn)動(dòng)和位置命令

數(shù)字內(nèi)核可執(zhí)行五種運(yùn)動(dòng)命令和4種停止命令:

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

Move (Direction, N_Steps):沿命令方向運(yùn)動(dòng)N步

GoTo (Position):沿最直接路徑運(yùn)動(dòng)到絕對(duì)位置

GoTo (Direction, Position):沿指令方向運(yùn)動(dòng)到絕對(duì)位置

GoUntil (Act, Direction, Speed):加速運(yùn)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(dòng)（無(wú)減速過(guò)程）

SoftHiZ:減速到停止，然后關(guān)閉電橋

HardHiZ:緊急制動(dòng)，并關(guān)閉電橋