基于PSoC3芯片的步進(jìn)電機(jī)微步控制方案

1、基于PSoC3芯片的步進(jìn)電機(jī)微步控制方案借助于片內(nèi)豐富的模擬和數(shù)字資源，操縱精度能夠達(dá)到128微步的細(xì)分。且電流操縱靈活精細(xì)，能夠動(dòng)態(tài)配置電流衰減的模式。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的機(jī)構(gòu)。每改變一次通電狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一步。步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使之適合于精細(xì)的位置操縱應(yīng)用。與直流電機(jī)相比較，在這類應(yīng)用場(chǎng)合中，步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：電機(jī)停止時(shí)具有保持轉(zhuǎn)矩操縱簡(jiǎn)單，開環(huán)操縱定位精度高且具有較高的重復(fù)定位精度不需要電刷，因而提升了電機(jī)的可靠性與使用壽命調(diào)速方便，改變輸入脈沖的頻率即可改變電機(jī)的速度夕施，岫博嘿M(fèi)魁圜生。例如講電機(jī)力矩小，轉(zhuǎn)速低等。并能夠現(xiàn)了對(duì)兩項(xiàng)混舍式步進(jìn)電機(jī)位

2、細(xì)分精度能夠達(dá)到128細(xì)分。其片上強(qiáng)大，的UDBM和精確的模擬模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電流的精確操縱,實(shí)現(xiàn)時(shí)電流言減進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置巨次整?兩項(xiàng)勵(lì)磁電流產(chǎn)出的合成矢量S及”基于新一代PsOc芯片CY8c3666AXI-040的精細(xì)步進(jìn)電機(jī)操縱方案實(shí)磁場(chǎng)。要被電機(jī)平穩(wěn)4M1a事解轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)鍵是使合成矢量磁場(chǎng)幅值恒定,合成磁場(chǎng)的角度變化平均圖1步進(jìn)電機(jī)合成轉(zhuǎn)矩示意圖步進(jìn)電機(jī)的位置跳庭于TT利T2所形成角度，如下公式所示：戶可甘心打.池口二一arctaii-LT1,T2取決于勵(lì)磁磁通，進(jìn)而取決于繞組電流。要取得細(xì)分確實(shí)是更加精細(xì)的操縱繞組電流幅值及繞組之間的相位關(guān)系。N細(xì)分確實(shí)是將相電流的幅值在整步操縱基礎(chǔ)上細(xì)分出

3、N個(gè)臺(tái)階，每走一個(gè)微步，電流幅值就上/下一個(gè)臺(tái)階。PL*;i£圖2步進(jìn)電機(jī)電流細(xì)分示意圖圖2所示為一個(gè)8細(xì)分的電流波形。如果細(xì)分足夠大，相電流波形就靠近于正弦波。TTT1T1II*j-電流衰減操縱|工.門網(wǎng)1o/千et科a11"0在電流操縱中產(chǎn)在PWM關(guān)斷時(shí)，,電機(jī)繞犯內(nèi)圈曲學(xué)可然衰減的。在H橋驅(qū)動(dòng)電路甲/其衰減模式（即續(xù)流模式）2隨而商：快速b退和慢速衰退。1JI】I11T111In圖3電流衰減模式（左為快速衰減，右為慢速衰減）圖3左圖為快速衰退模式。右圖為慢速衰退模式。區(qū)不在于上管關(guān)斷時(shí)，下管SW4的開通與否。快速衰退有利于提升電機(jī)的響應(yīng)速度，適合與高速場(chǎng)合。但缺點(diǎn)是電

4、流紋波大，電機(jī)噪聲也響應(yīng)增加。慢速衰退的電流波形平滑，然而電流的操縱精度和響應(yīng)速度會(huì)變差。而更好的做法是給SW4驅(qū)動(dòng)以PWM信號(hào),如此電流衰減的快慢將取決于PWM的占空比。這種衰減模式稱為混合衰減模式?；旌鲜诫娏魉p提升了系統(tǒng)的靈活性，然而帶來(lái)了系統(tǒng)的復(fù)雜性。然而在PSOC3芯片中，借助于數(shù)字系統(tǒng)的靈活性，專門容易實(shí)現(xiàn)那個(gè)功能。PSoC3芯片介紹PSoC3在PSoCI的基礎(chǔ)上，賽普拉斯新推出地一款新架構(gòu)，高集成化芯片。它增加了新設(shè)計(jì)的高精度、可編程模擬模塊，單循環(huán)、通道式8位8051內(nèi)核和可配置的高性能數(shù)字系統(tǒng)。由于具有一個(gè)高性能8位8051RISC內(nèi)核（提供高達(dá)67MHz和33MIPS）,P

5、SoC3體系架構(gòu)能夠比標(biāo)準(zhǔn)8051運(yùn)行速度快10倍之多。同時(shí)，片內(nèi)還配置了直截了當(dāng)內(nèi)存訪咨詢接口（DMA）,加速了數(shù)據(jù)在片內(nèi)不同外設(shè)/內(nèi)存之間的傳輸，減少了CPU的開銷。CY8c3866AXI-040是PSoC3芯片家族中的一員，它的系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示：JT庫(kù)QW押SJemgiLLERL UIC-三 T.q圖4CY8c3866AXI-040的系統(tǒng)架構(gòu)圖4的左邊部分為系統(tǒng)資源，包括CPU,DMA,中斷操縱器，內(nèi)存，電源治理器，內(nèi)置的I2C/USB等通訊模塊以及調(diào)試接口。中間部分為片上數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)。數(shù)字系統(tǒng)包括24個(gè)可編程的通用數(shù)字模塊（UDB）IO的端口。和固件的計(jì)數(shù)器，PWM發(fā)生器等。而

6、模擬系統(tǒng)包括ADC模塊，DAC模塊,比猱算放屈燕通:的可編程模擬模塊。右邊部分為IO 口能夠通過接口連接到任意的數(shù)字/模塊單元上。1I 工tCiri*在本設(shè)計(jì)中大重點(diǎn)用到的模塊色括：比較器，UDB模塊，,DAC模塊等。V*Mld>i&系統(tǒng)操縱框圖下藥精細(xì)步進(jìn)電機(jī)操縱隹圖:,J."-圖5步進(jìn)電機(jī)細(xì)分操縱結(jié)構(gòu)框圖QUi-ipaaCE>lMp* * IhriI BI-nM41_ . n lUU L圖6PSoCCreator中硬件設(shè)計(jì)原理圖其中，OP_AMP,VDAC8,COMP,PWM構(gòu)成了硬件的電流調(diào)劑器。8位白DDAC.：給出類似正弦的參考波形。繞組電流采樣電阻采樣

7、后再由片內(nèi)放大器;OPA放大，之后工DAC給定的參考波形相比較。當(dāng)實(shí)際電流超過參考電流時(shí)，就通過M的Ki輸入端關(guān)斷PWM,從而達(dá)到電流操縱的目白勺。D圖7步進(jìn)電機(jī)細(xì)分電流操縱原理圖LUT是一個(gè)片上的硬件邏輯真值表，其按照操縱寄存器Ctrl_Commutation給出的節(jié)拍而切換PWM在各個(gè)管腳的分配，從而起到硬件操縱電流換向的功能。Ctrl_Decay則為調(diào)劑電流衰減模式的操縱器。它輸出操縱PWM信號(hào)來(lái)調(diào)劑下橋臂開關(guān)管的狀態(tài)。通過調(diào)劑它的占空比大小就能動(dòng)態(tài)的調(diào)劑電而下管也通過圖8步進(jìn)電機(jī)電流衰減配置時(shí)序圖如圖8所示，在上橋臂被強(qiáng)制關(guān)斷后(Kill),下橋臂在t0t1時(shí)刻進(jìn)行快速續(xù)流。而在Decay-Ctrl信號(hào)翻轉(zhuǎn)后，下橋臂又被打開，進(jìn)行慢速續(xù)流。結(jié)語(yǔ)基于PSoC3(C