UC3717對(duì)二相步進(jìn)電機(jī)的控制

時(shí)間：2016-04-01作者：江蘇和訊自動(dòng)化設(shè)備有限公司瀏覽：101

UC3717對(duì)二相步進(jìn)電機(jī)的控制胡濤，程明霄（南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，江蘇南京210009）控制二相步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)程序。UC3717是一種用來(lái)驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)的**芯片，它根據(jù)信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生的信號(hào)和信號(hào)的頻率，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而控制電機(jī)的運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)有轉(zhuǎn)動(dòng)和鎖定，控制其運(yùn)行的程序?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序可以通過(guò)設(shè)定初值達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。


 1 UC3717驅(qū)動(dòng)電路的功能簡(jiǎn)介UC3717是一種用來(lái)驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)的**芯片。它由可控制邏輯輸入端，電流傳感器，含有內(nèi)置式保護(hù)二極管的單穩(wěn)態(tài)輸出端組成。兩片UC3717和一些外部元件可以組成一個(gè)完備的二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。


 步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感，即震動(dòng)感，為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，減小震動(dòng)，采用AD7528為**的D/A轉(zhuǎn)換電路，產(chǎn)生細(xì)分電壓，使UC3717輸出細(xì)分驅(qū)動(dòng)電流，可以減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。


 在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，為了防止因慣性或顛簸電機(jī)軸產(chǎn)生順滑，對(duì)步進(jìn)電機(jī)輸入合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力矩，鎖定電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。


 單片機(jī)，有著豐富的硬件和軟件資源。采用80C196KC實(shí)現(xiàn)對(duì)UC3717驅(qū)動(dòng)電路的控制，可以有效地產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)的二相八拍驅(qū)動(dòng)波形，以及80C196KC高速輸出器輸出的鎖定波形，從而可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)二相步進(jìn)電機(jī)的控制。


 2硬件設(shè)計(jì)2.1UC3717驅(qū)動(dòng)電路16封裝的16管腳UC3717.是由兩片3717組成的驅(qū)動(dòng)電路。


 UC3717邏輯輸入端在開(kāi)路時(shí)，被認(rèn)為是高電平輸入，下面詳細(xì)介紹3717的功能特性。


 3717的換相輸入端為管腳8，它控制著二相步進(jìn)電機(jī)繞組電流的方向，內(nèi)置的施密特觸發(fā)器產(chǎn)生換相延時(shí)，可以有效的消除電流換相時(shí)輸出管腳電流噪音干擾。


輸出端為管腳1和管腳15內(nèi)置有四片達(dá)林頓晶體管Q1~Q4與續(xù)流二極管組成H型電橋結(jié)構(gòu)，如當(dāng)換相輸入端為低電平時(shí)，Q2、為高電平時(shí)，Q1、Q4開(kāi)電流換相時(shí)，相應(yīng)晶體管組（如Q2、Q3）被關(guān)斷，由于電機(jī)繞組電感-產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，電流不UC3717內(nèi)置晶體管Q1~Q1能立即減小為0將流過(guò)續(xù)流二極管，這樣就可確保電流換相時(shí)，繞組感應(yīng)電流通過(guò)續(xù)流二極管組成的環(huán)行通路減小至0.電流選擇端由二個(gè)輸入邏輯控制端10和11組成，它們對(duì)應(yīng)的管腳分別為管腳9和7.通過(guò)對(duì)10、11的邏輯控制，可以選通片內(nèi)相應(yīng)的電壓比較器，選擇相應(yīng)比例的電壓，同時(shí)選通電流開(kāi)關(guān)運(yùn)算器，達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)繞組電流的目的。另一控制電流的裝置是片內(nèi)電流開(kāi)關(guān)運(yùn)算器，運(yùn)算器控制著Q3、Q4的開(kāi)關(guān)時(shí)間，從而控制電機(jī)繞組平均電流的大小。開(kāi)關(guān)時(shí)間取決與管腳2的外接電阻和電容時(shí)間常數(shù)電路，當(dāng)電流開(kāi)關(guān)運(yùn)算器被選通后，根據(jù)開(kāi)關(guān)的時(shí)間常數(shù)，控制Q3、Q4的開(kāi)關(guān)，關(guān)斷時(shí)間常數(shù)公式為：Tf=0.69RtCt.繞組電流同時(shí)受控于管腳16的外接電阻Rs它實(shí)際是Q3、Q4**較的外接電阻。


 管腳11為3717提供總電壓端。


電機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)電流從0增大，管腳16上的外接電阻產(chǎn)生分壓Vrs Vrs通過(guò)低通電路的電阻Re加壓與管腳1繞組電流波形圖當(dāng)Vrs增大**過(guò)內(nèi)置電壓比較器的門限電壓時(shí)，將關(guān)斷電流開(kāi)關(guān)運(yùn)算器，電流開(kāi)關(guān)運(yùn)算器產(chǎn)生信號(hào)關(guān)斷晶體管Q3或Q4繞組電流將通過(guò)續(xù)流二極管組成的環(huán)行通路里續(xù)流，電流逐漸減小，Vrs也隨之減小，當(dāng)小于門限電壓時(shí)，電流開(kāi)關(guān)運(yùn)算器開(kāi)啟，此過(guò)程周而復(fù)始重復(fù)，直至繞組電流被要求反相。當(dāng)換相輸入端管腳8被輸入邏輯信號(hào)要求換相時(shí)，開(kāi)啟的晶體管被關(guān)斷，關(guān)斷的一組晶體管將被開(kāi)啟，此時(shí)繞組電流減小至0，再反向增大。典型的繞組電流波形如所示。


 是以74LS194為**的邏輯電路，為中的3717驅(qū)動(dòng)電路提供所需脈沖和二相八拍的驅(qū)動(dòng)波形其中輸入端的T/R為電機(jī)正反控制端；CLK為HOS.4發(fā)出的時(shí)鐘脈沖。PHASE端為步進(jìn)電機(jī)繞組電流的正反向控制端。


74LS194邏輯電路輸出的二相八拍驅(qū)動(dòng)波形如所74LS194邏輯電路驅(qū)動(dòng)3717的二相八拍波形2.2單片機(jī)系統(tǒng)電路80C196KC的狀態(tài)周期是由振蕩器信號(hào)經(jīng)2分頻后獲得。當(dāng)采用16MHz晶體時(shí)，一個(gè)狀態(tài)周期只有125ns工作速度比51單片機(jī)要提高數(shù)倍。其外部總線寬度為8/16位可選，而內(nèi)部總線寬度總是16位的。較顯著的特點(diǎn)是：80C196KC中的算術(shù)邏輯單元沒(méi)有采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)。CPU的操作直接面向512字節(jié)的寄存器，消除了一般CPU存在的累加器瓶頸效應(yīng)，大大提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力，可為多個(gè)中斷服務(wù)程序中的局部變量*專門的寄存器，免除中斷服務(wù)過(guò)程中保護(hù)寄存器現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)寄存器現(xiàn)場(chǎng)所增加的軟件開(kāi)銷，并給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。它有一套執(zhí)行速度較快、效率較高的指令系統(tǒng)，可對(duì)帶符號(hào)數(shù)和不帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行操作，片內(nèi)具有為設(shè)事服務(wù)器PTS專門用于處理外設(shè)中斷事務(wù)，大大減少了CPU的軟件開(kāi)銷。其內(nèi)置的外設(shè)有8通道轉(zhuǎn)換速度和位數(shù)（位和10位）可調(diào)的A/D轉(zhuǎn)換器，三路脈寬調(diào)制輸出（PWM），高速輸入/輸出器（HSIO）等。


 由于80C196KC的上述優(yōu)點(diǎn)，可以在驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出用戶所需的各種不同的功能。以下部分簡(jiǎn)單介紹其用作驅(qū)動(dòng)UC3717電路，即驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的功能。


 高速輸出HSO口沖中斷，產(chǎn)生脈沖序列CLK，為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)電路的時(shí)間序列，并在其上升沿和下降沿產(chǎn)生軟件定時(shí)器中斷，產(chǎn)生中斷嵌套，進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角的細(xì)分，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，避免震動(dòng)或抖動(dòng)。細(xì)分可軟件設(shè)定，本系統(tǒng)采用16步細(xì)分。


 如果在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于顛簸、沖撞和慣性，在電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸會(huì)因?yàn)樯鲜鲆蛩囟l(fā)生偏轉(zhuǎn)，影響運(yùn)行位置的準(zhǔn)確性。因此，在電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，要給電機(jī)轉(zhuǎn)軸一個(gè)鎖定力矩，鎖定電機(jī)主軸。


二相步進(jìn)電機(jī)A、B相繞組同時(shí)通恒定不變的電流，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩個(gè)磁拉力平衡時(shí)，鎖定不動(dòng)。UC3717的7、9腳為控制輸出驅(qū)動(dòng)電流端，當(dāng)7、9腳都為“（”‘時(shí)，3717的人0、80端輸出較大平均電流，為“1時(shí)，輸出電流為0.HSO.0~HSO.3分別連接兩片3717的7、9腳，在電機(jī)靜止時(shí)，可控制步進(jìn)電機(jī)繞組輸入電流的大小，在電流安全范圍內(nèi)，調(diào)整出合適的HSO.0~HSO.4的波形用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定。


 口P1口的數(shù)值主要用來(lái)作為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式控制的輸出位。由邏輯電路可以軟件控制步進(jìn)電機(jī)的復(fù)位、正反轉(zhuǎn)以及鎖定。其中，控制步進(jìn)電機(jī)限位的P1.6口的信號(hào)，經(jīng)邏輯電路接到P2.2位，P2.2為外部中斷位，發(fā)生中斷時(shí)，執(zhí)行限位中斷服務(wù)程序。


 2.3細(xì)分生成電路D/A轉(zhuǎn)換電路的作用是為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路提供電壓，電壓不是固定的，是為了產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分梯形電流波形。


 由于80C196KC系列單片機(jī)可16位尋址，因此地址總線AD7528D/A轉(zhuǎn)換電路MA0~MA15中的MA0可用作中7528的A或B通道選擇信號(hào)。外部RAM擴(kuò)展2片6264總線MA14MA15通過(guò)邏輯電路用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264的片選信號(hào)，由80C19QCC給出D/A的數(shù)字量值，輸出VouA~VouiB的模擬量電壓值接入兩片UC3717驅(qū)動(dòng)電路Vr端（管腳11）作為電壓和進(jìn)行細(xì)分。


 3軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)主要是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電路所需的驅(qū)動(dòng)波形以及二相八拍的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是轉(zhuǎn)動(dòng)和鎖定。


 軟件部分主要包括初始化部分和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部分。


 初始化包括初值的設(shè)定，各個(gè)寄存器標(biāo)志的設(shè)定，寄存器窗口的選擇，等等；運(yùn)轉(zhuǎn)部分包括電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和鎖定。可以通過(guò)設(shè)定初值達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。


 所示。


 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)及鎖定程序設(shè)計(jì)利用80C196IKC高速輸出器HSO的功能特性，其功能的實(shí)現(xiàn)不占用CPU的開(kāi)銷。以下為實(shí)現(xiàn)該功能的部分程序代電機(jī)運(yùn)行程序流程啟動(dòng)hso.碼：電機(jī)鎖定HSO波形代碼：4結(jié)束語(yǔ)UC3717是一種**的驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)的芯片，由于其外部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小，功能強(qiáng)，反應(yīng)靈敏，價(jià)格便宜的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的外部電路設(shè)計(jì)，可廣泛地應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。


 16位單片機(jī)80C 196KC，充分運(yùn)用其高速輸出器HSO的不占用CPU開(kāi)銷的特色，產(chǎn)生信號(hào)波形精確，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的UC3717驅(qū)動(dòng)電路可以進(jìn)行有效地控制，編寫出的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行程序，可作為子程序調(diào)用，通過(guò)設(shè)定初值達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的，在此基礎(chǔ)上，利用80C196KC功能強(qiáng)大的特性，可以開(kāi)發(fā)出各種不同的使用功能。


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