0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評(píng)論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫(xiě)文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會(huì)員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識(shí)你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

利用A3972驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:郭婷 ? 作者:電子設(shè)計(jì) ? 2019-09-11 07:52 ? 次閱讀

步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行器件,廣泛用于各種類型的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它是一種將離散的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比,是一種輸出與輸入脈沖對(duì)應(yīng)的增量驅(qū)動(dòng)元件。然而由于其步距角較大,往往滿足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求,因此實(shí)現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)是減小步距角、提高步進(jìn)分辨率、增加電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性的一種行之有效的方法。

在實(shí)際應(yīng)用中,往往要求電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中在轉(zhuǎn)速滿足要求的同時(shí),力矩要足夠大,而電機(jī)的轉(zhuǎn)速與力矩恰是一對(duì)矛盾體,轉(zhuǎn)速相同時(shí)電機(jī)的起動(dòng)力矩要小于運(yùn)行力矩,所以實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)電機(jī)負(fù)載力矩來(lái)確定啟動(dòng)頻率與運(yùn)行頻率。

本文將給出一種基于A3972驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì),以滿足實(shí)際生產(chǎn)中精密定位的需求,并給出一個(gè)合理的加速曲線,以解決電機(jī)的啟動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速的矛盾。

利用A3972驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

A3972控制芯片

A3972是Allegro公司的64細(xì)分雙DMOS全橋微步距PWM步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路,CPU可通過(guò)時(shí)鐘、數(shù)據(jù)、選通3線串口對(duì)其進(jìn)行控制,包括步進(jìn)電機(jī)的方向、速度、步進(jìn)法(細(xì)分)的設(shè)置??刂浦噶钜源袛?shù)據(jù)形式通過(guò)兩個(gè)字的格式寫(xiě)入,一個(gè)為橋電流數(shù)據(jù)字,一個(gè)為控制時(shí)間數(shù)據(jù)字。它的工作電壓可達(dá)50V,驅(qū)動(dòng)電流達(dá)1.5A,一個(gè)A3972即可驅(qū)動(dòng)一臺(tái)二相步進(jìn)電機(jī)。

A3972具有優(yōu)良的特性,芯片內(nèi)部的SPWM電流控制電路可通過(guò)串口設(shè)置其工作在整步、半步、1/4步等,最多可至1/64步,每一步的負(fù)載電流可以按最大值的1.56%增量進(jìn)行設(shè)置。其特有的電流慢、快、混合等3種電流衰減模式可以使步進(jìn)電機(jī)工作在不同的負(fù)載和轉(zhuǎn)速下,而且都能獲得較理想的電流波形。另外,它易于與單片機(jī)接口,控制方式靈活。

A3972的功率驅(qū)動(dòng)采用DMOS結(jié)構(gòu)及高速SPWM開(kāi)關(guān)模式,因此功耗極小,基本可不用散熱器,可降低成本(去除散熱器)和體積。

A3972還能提供完善的保護(hù)措施,其中包括抑制瞬態(tài)電壓、過(guò)熱保護(hù)、防止電流直通、欠電壓自鎖等功能。因此,A3972不失為一種高性能的串行控制步進(jìn)電機(jī)微步距驅(qū)動(dòng)器。

利用A3972驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)是應(yīng)用于本研究所研發(fā)的自動(dòng)收發(fā)卡機(jī)的收發(fā)卡機(jī)構(gòu)。根據(jù)使用需求,整體系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),大致可以分為控制部分、驅(qū)動(dòng)部分、切換部分及電源部分。

如圖1所示,系統(tǒng)主要由控制、驅(qū)動(dòng)、切換及電源四部分組成。

控制電路

控制接口由三種控制信號(hào)組成,分別是方向控制信號(hào)、使能控制信號(hào)及切換控制信號(hào)。實(shí)際應(yīng)用中按需要給出這三種控制信號(hào)的高低電平(5V)即可方便、有效地控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

控制部分的核心是單片機(jī)及其控制軟件,通過(guò)光隔電路接收由自動(dòng)收發(fā)卡機(jī)主控器給出的各種控制命令,結(jié)合細(xì)分選擇開(kāi)關(guān)的設(shè)置,按需求通過(guò)3線串行接口控制著步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分倍數(shù)、運(yùn)行脈沖頻率、正反轉(zhuǎn)、運(yùn)行速度、單次運(yùn)行線位移、啟停以及切換不同工位電機(jī)等。

該部分電路主要由單片機(jī)及其外圍電路組成(見(jiàn)圖2)。單片機(jī)選擇8051 單片機(jī)STC12C4052,具有速度高、可靠性高、在系統(tǒng)可編程等優(yōu)點(diǎn)。S1撥碼開(kāi)關(guān)為細(xì)分選擇開(kāi)關(guān),根據(jù)S1的值可通過(guò)串口(STR、CLK、DATA)設(shè)置電機(jī)工作在整步、半步、1/4步、1/8步、1/16步、1/32、1/64等多種方式下。

驅(qū)動(dòng)電路

利用A3972驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)部分是電機(jī)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵,本部分除可按命令完成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加速啟動(dòng)、停止等功能外,還需考慮降低功耗和體積。印制電路板布線應(yīng)采用粗地線,A3972直接焊接在印制板上,可以提高電路的電氣性能和散熱性能。

A3972的外圍電路簡(jiǎn)單,只需要少量的外部元器件和幾根控制線就可構(gòu)成一個(gè)完整的微步距驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)電路(見(jiàn)圖3)。撥碼開(kāi)關(guān)S2用來(lái)設(shè)置橋輸出的最大負(fù)載工作電流ITRIPMAX = VREF/(Range × Rs),不同的設(shè)置VREF的值不同。如撥碼開(kāi)關(guān)的第一位導(dǎo)通,則VREF=1.25(1+R10/R11)。其中Range由控制字0決定,本文中Range值為8,Rs值為0.22Ω。

切換電路

由于自動(dòng)收發(fā)卡機(jī)的設(shè)計(jì)是基于雙工位(工作通道)的,所以本驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部自帶電機(jī)切換電路,可以驅(qū)動(dòng)分時(shí)工作的兩路電機(jī)。切換部分由低功耗的MOS對(duì)管集成芯片及外圍電路組成(見(jiàn)圖4)。

利用A3972驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電源(DC/DC變換)電路

為了使模塊的控制部分有一穩(wěn)定的工作環(huán)境(包括電壓穩(wěn)定、抗干擾等),電源部分采用小功率DC/DC變換芯片做成24V—5V的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源(非隔離型),供模塊內(nèi)控制部分使用。另加入過(guò)壓保護(hù)、電源方向保護(hù)電路,以提高可靠性,如圖5所示。V1為特快速整流二極管,這里可以起到電源方向保護(hù)的作用。D1的輸出電壓為VOUT=1.25(1+R2/R1),給D2提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定、安全的輸入電壓,再經(jīng)過(guò)D2電壓轉(zhuǎn)換為VOUT=1.25(1+R4/R5)即5V。

利用A3972驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用A3972驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用A3972驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分,電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步都是由單片機(jī)軟件向驅(qū)動(dòng)芯片寫(xiě)入控制字0、控制字1來(lái)實(shí)現(xiàn)的,所以控制字值的設(shè)定是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,本文還給出一個(gè)合理的加速曲線,以解決電機(jī)的啟動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速的矛盾。

如圖7電機(jī)正反轉(zhuǎn)流程所示,電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一微步,需要向控制字0寫(xiě)入兩路橋電流,而橋電流由6位線性DAC值決定,結(jié)合細(xì)分值、電流方向和電流衰減模式將DAC值按一定規(guī)律寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)芯片即可。

電機(jī)啟動(dòng)的加速過(guò)程分為5個(gè)速度等級(jí),電機(jī)啟動(dòng)時(shí)設(shè)定速度等級(jí)SpeedNo為0,以最小恒速位移為單位,逐漸提高速度等級(jí),并通過(guò)設(shè)置定時(shí)器T0的值來(lái)作為兩個(gè)微步之間的時(shí)間延時(shí),從而改變步速。圖8速度延時(shí)流程中Flag為延時(shí)結(jié)束標(biāo)志位,定時(shí)器T0溢出時(shí)置位。

結(jié)語(yǔ)

該驅(qū)動(dòng)模塊已用于本研究所研發(fā)的自動(dòng)收發(fā)卡機(jī)項(xiàng)目,驅(qū)動(dòng)42系列兩相步進(jìn)電機(jī),步距角為1.8°,為了進(jìn)一步提高步進(jìn)電機(jī)定位精度和系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)性,采用細(xì)分級(jí)數(shù)為16。從運(yùn)行的實(shí)際情況看,該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了較高的穩(wěn)速精度,運(yùn)行可靠,取得了滿意的效果。


聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫(xiě)或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 芯片
    +關(guān)注

    關(guān)注

    455

    文章

    50851

    瀏覽量

    423993
  • 集成電路
    +關(guān)注

    關(guān)注

    5388

    文章

    11554

    瀏覽量

    361944
  • 步進(jìn)電機(jī)
    +關(guān)注

    關(guān)注

    150

    文章

    3112

    瀏覽量

    147525
收藏 人收藏

    評(píng)論

    相關(guān)推薦

    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片參考

    據(jù)實(shí)際使用,挑選了五款步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片:實(shí)際情況:驅(qū)動(dòng)電機(jī)為 57
    發(fā)表于 08-31 07:05

    實(shí)用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

    利用LM331、PMM8713 和SI - 7300A 設(shè)計(jì)了四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,該驅(qū)動(dòng)電路具
    發(fā)表于 08-26 22:44 ?65次下載
    實(shí)用的<b class='flag-5'>步進(jìn)</b><b class='flag-5'>電機(jī)</b><b class='flag-5'>驅(qū)動(dòng)</b>電路

    基于FPGA的新型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

    美國(guó)Allegro 公司推出的A3972 型串口控制器是步進(jìn)電機(jī)微步距驅(qū)動(dòng)專用電路。一個(gè)A3972 外加一個(gè)CPU 即可
    發(fā)表于 12-19 16:05 ?31次下載

    新穎的串行控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

    ]?? 摘要:美國(guó)Allegro公司推出的A3972型串口控制器是步進(jìn)電機(jī)微步距驅(qū)動(dòng)專用電路。一個(gè)A3972外加一
    發(fā)表于 04-15 16:37 ?1104次閱讀
    新穎的串行控制<b class='flag-5'>步進(jìn)</b><b class='flag-5'>電機(jī)</b><b class='flag-5'>驅(qū)動(dòng)</b>器

    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片有:步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)
    發(fā)表于 05-23 17:35 ?1.1w次閱讀
    <b class='flag-5'>步進(jìn)</b><b class='flag-5'>電機(jī)</b><b class='flag-5'>驅(qū)動(dòng)</b><b class='flag-5'>芯片</b>

    基于A3967SLB的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    基于A3967SLB的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要: 本文以Allegro公司推出的A39
    發(fā)表于 09-17 15:01 ?3900次閱讀

    步進(jìn)電機(jī)控制芯片驅(qū)動(dòng)電路

    步進(jìn)電機(jī)控制芯片TC1002 是一個(gè)高性能二相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制器。TC1002支持14 種細(xì)
    發(fā)表于 07-27 18:33 ?1.2w次閱讀
    <b class='flag-5'>步進(jìn)</b><b class='flag-5'>電機(jī)</b>控制<b class='flag-5'>芯片</b>與<b class='flag-5'>驅(qū)動(dòng)</b>電路

    A3955SB步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片及其應(yīng)用

    A3955SB步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片及其應(yīng)用。
    發(fā)表于 04-25 10:10 ?14次下載

    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片有哪些_六款步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

    本文首先介紹了步進(jìn)電機(jī)基本原理及用途,其次介紹了步進(jìn)電機(jī)分類,最后介紹了六款步進(jìn)電機(jī)
    的頭像 發(fā)表于 05-23 16:20 ?11.1w次閱讀

    一文帶你了解電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

    什么是電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊? 電機(jī)
    的頭像 發(fā)表于 07-18 14:46 ?1.8w次閱讀

    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的分類及模塊

    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成
    的頭像 發(fā)表于 10-02 18:10 ?9955次閱讀

    用PWM實(shí)現(xiàn)儀表步進(jìn)電機(jī)的微步細(xì)分驅(qū)動(dòng)

    電機(jī)電氣參數(shù)、驅(qū)動(dòng)原理基本相同:MCU發(fā)脈沖給驅(qū)動(dòng)芯片,電機(jī)會(huì)根據(jù)脈沖數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的步數(shù)。也有將步進(jìn)
    發(fā)表于 12-06 11:21 ?24次下載
    用PWM<b class='flag-5'>實(shí)現(xiàn)</b>儀表<b class='flag-5'>步進(jìn)</b><b class='flag-5'>電機(jī)</b>的微步細(xì)分<b class='flag-5'>驅(qū)動(dòng)</b>

    基于TMC2660驅(qū)動(dòng)芯片步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

    步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛,在各種設(shè)備中經(jīng)常會(huì)遇到,而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)則是使用步進(jìn)
    的頭像 發(fā)表于 12-14 16:17 ?6663次閱讀
    基于TMC2660<b class='flag-5'>驅(qū)動(dòng)</b><b class='flag-5'>芯片</b>的<b class='flag-5'>步進(jìn)</b><b class='flag-5'>電機(jī)</b><b class='flag-5'>驅(qū)動(dòng)</b>設(shè)計(jì)

    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片衰減模式是什么意思?

    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片衰減模式是指在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,驅(qū)動(dòng)
    的頭像 發(fā)表于 04-08 15:06 ?1848次閱讀

    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的工作原理和特點(diǎn)

    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)
    的頭像 發(fā)表于 06-12 15:14 ?1351次閱讀