微步進電機控制器

NJU39610D2NJU3S610FM2NJU39610D2NJU3S610FM2帶有雙DAC的微步進電機控制器?概述NJU39610是一個雙7位加標志位，與NJM3771配合使用特色擴展數(shù)模轉換，應用于微步進精度步進電機驅動領域。NJU39610有一個8位數(shù)據(jù)端口帶有輸入寄存器，容易直接與微處理器連接。NJU39610很適合高速微步進應用。?特性：1.模擬控制電壓從3V到0V2?微處理器的高速接口自動快/慢電流衰減控制滿刻度誤差 土1LSB（最少分辨率）速度變換快 3出與NJM3771匹配使用封裝形式DIP22/PLCC28?內部結構圖:DA1SrgnR,圖1.方框圖:vref|jZ22]Rese:DA,[7Sign1叵21IDA223]Sigilsmud?□回0ElG]□CDi叵國CD；□■C，V，3D{LWR叵[ID€D5[￡□4D3NJU

39S1DD2囤vss■7OSPlA1■3D1■2D2[T12A1.-C

nHNJU39610FM2S￡...回￡sJ固OQlyLU醤E]回s曰□因□圖2.引腳結構圖:引腳描述參考圖2.DIPPLCC標記描述19VRef參考電源電壓引腳，正常2.5V（最大3V）210DA]數(shù)模轉換1，輸出電壓，輸出在0.0V和Vr-1LSB之間312Sign]狀態(tài)位（標志位）1，TTL/CMOS電平，直接與NJM3771狀態(tài)輸入引腳相連，來自NJU39610輸入數(shù)據(jù)第7位同相轉換得到。413CD1電流衰減1,TTL/CMOS電平標志是可編程的自動產(chǎn)生衰減電。低電平=快速電流衰減。514VDD邏輯部份供電電源，電壓正常值是5V615WR寫，TTL/CMOS電平，為寫入內部寄存器而輸入。716D7數(shù)據(jù)7位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第7位817D6數(shù)據(jù)6位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第6位919D5數(shù)據(jù)5位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第5位1020D4數(shù)據(jù)4位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第4位1121D3數(shù)據(jù)3位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第3位1223D2數(shù)據(jù)2位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第2位1324D1數(shù)據(jù)1位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第1位1425D0數(shù)據(jù)0位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第0位1527A0電址位0，TTL/CMOS電平，選擇輸入轉換數(shù)據(jù)，A0選擇通道1（A0=低電平）和通道2（A0=高電平）之一1628A1地址位，TTL/CMOS電平，選擇輸入數(shù)據(jù)，A1通常有兩種可供選擇，D/A可編程寄存器（A1=LOW）和可編程衰減電平寄存器。（A1=HIGH）171CS片選，TTL/CMOS電平，選擇芯片輸入和激活輸入數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉換，低電平是選中芯片。182VSS電源地引腳，所有信號0V電平參考點和除其它的標記量193CD2參考CD1204Sig^參考Sign]216DA2參考DA1227Reset復位，對輸入內部寄存器進行復位，咼電平復位，VRes三3.5V為咼電平，內部低電平58下拉電阻。182226N/C不連接?術語解釋(DEFINITIONOFTERMS)分辨率(Resolution)分辨率的定義是數(shù)模轉換輸出了離散步進轉換，它與數(shù)模轉換內部數(shù)據(jù)轉換位有直接關系，例如：NJU39610有27或128位，輸出電平因此由7位來決定，記住它不能與有用的微步數(shù)據(jù)相等。線性誤差(LinearityError)線性誤差是：由一條直線穿過數(shù)模傳輸特性曲線到終點的最大偏差，它有利于零刻度調整和滿刻度調整，線性誤差是一個器件固有的參數(shù)和不可外圍修正。供電電壓靈敏度(PowerSupplySensitivity)供電電壓靈敏度是衡量由電源、電壓的變化對數(shù)模轉換滿刻度輸出的影響。穩(wěn)定時間(SettlingTime)滿刻度電流穩(wěn)定時間是由輸出電流由零到滿刻度或由滿刻度到零變化所需求的時間，由代碼轉換直到(數(shù)模轉換在土(1/2)LSB范圍內)轉換輸出最終值所需時間是穩(wěn)定時間，滿刻度誤差是衡量理想中的數(shù)模轉換輸出與實際器件輸出它們之間的輸出誤差。非線性的差異(DifferentialNon-linearity)任何兩組連續(xù)的代碼在1LSB的理論轉換曲線中轉換得到它們兩者的不同，稱為非線性差異。單向(調)性(Monotonic)如數(shù)模轉換的輸出隨輸入越來越多的數(shù)字代碼而增加，則該數(shù)模轉換具有單向性，判斷7位數(shù)模轉換是否是一個7位單向性，簡單方法是增加輸入數(shù)字代碼將會產(chǎn)生一個增加的模擬量輸出,NJU39610是一個7位單向(調)性的芯片。?功能介紹(FUNCTIONALDESCRIPTION)每一個數(shù)模轉換通道包含有兩個寄存器，一個數(shù)字比較器，一個觸發(fā)器和一個數(shù)模轉換器，內部方框圖在第1頁。有一個寄存器存儲了電流等級，接下來，快速電流衰減的開始，在這種狀態(tài)下由CD的輸出來確定是快或慢速電流衰減在驅動電路中的使用。這個數(shù)字比較器將每一個新變量與上一個變量進行比較和這個變量為快速衰減電流的調整等級值。如果新變量最小，快速電流衰減條件成立，這觸發(fā)器置位CD輸出，這個CD輸出刷新是在每個新變量裝入到數(shù)模轉寄存器中。這個快速電流衰減信號是由驅動電路使用，NJM3771,去改變控制電路輸出級的電流，這是為了避免電流對電動機高速步進和負電流停止期間的拖拉(阻礙)。插圖如9所示，有八個不同的快速電流衰減等級可供選擇。標志位輸出發(fā)生在相位變化時，例如：在相繞組中電流方向相反。

■OutputA.dualGsirierror/么orrsct/.Endpcnon-liiintlearity//yer ■orFullscale1npiit圖5圖3、數(shù)模轉換誤差大于1位的非線性差異(偏差)，輸出是非單向性(調性)圖4、數(shù)模轉換誤差小于1位的非線性偏差輸出是單向性(調性)圖5、數(shù)模轉換誤差，非線性、增量和偏移誤差。數(shù)據(jù)總線接口(DataBusInterface)NJU39610是一款與8位微處理器很好兼容性的芯片，如有：6800、6801、6803、6808、6809、8051、8085、Z80和其它通用類型，還有16/32位部分控制器的8位數(shù)據(jù)模式。數(shù)據(jù)總線由8位數(shù)據(jù)線，寫信號、片選和兩根地址引腳組成。所有輸入都與TTL電平兼容(除復位引腳之外)，兩個地址線引腳控制數(shù)據(jù)轉送到內部四個D寄存器，數(shù)據(jù)轉換按照圖10和在寫信號的正邊緣。電流方向'標志位1和標志位2(CurrentDirection,Sign1&Sign?)這些標志位是當寫入各自的數(shù)模轉換寄存器中轉換D7位而得來，A0和A1的設置必須按照圖10的數(shù)據(jù)轉換表進行。電流衰減CD和CD(CurrentDecay,CD&CD)1212CD1和CD2兩個起低電平作用信號時(低電平=快速電流衰減)，CD1要發(fā)揮作用，則要前一個數(shù)據(jù)變量確實比新的數(shù)據(jù)值要大和這個變量的等級確實比新變量等級大，CD1是每當新變量裝載到數(shù)模轉換寄存器中刷新。CD1的邏輯解釋(關系)：CD1=NOT{[(D6-D0)<(Q61-Q01)]AND[(D6-D4)<(L61-L41)]}d6-d0是發(fā)送到數(shù)模轉換寄存器中的新變量q6「?q01是數(shù)模轉換寄存器中的原變量

L61-L41是3位設置的電流衰減等級在等級寄存器1中。CD2的邏輯解釋(關系)與CD]相似：CD2=NOT{[(D6???Do)V(Q62???Q02)]AND[(D6???D4)V(L62???L42)]}L62-L42是寄存在第2通道衰減等級寄存器中的程序設計變量。d6-d0和q62-q02分別是存在數(shù)模轉換寄存中的新變量和原變量。兩個衰減等級寄存器，LEVEL1和LEVEL2每個是由3個觸發(fā)器組成，和他們比較取反數(shù)模轉換寄存器中的變量中的三位更多的重要位、標志位除外。.I2[mA：imMrnSli[mA]中的三位更多的重要位、標志位除外。.I2[mA：imMrnSli[mA]圖6b圖6a、假如轉矩是與繞組電流成一定比例關系可能畫成圖8b圖6b、舉個例子在經(jīng)確定轉矩滿步進偏進偏差到達的位置，注意1:st沒有很高的分辨率。數(shù)據(jù)點是放大為說明效果的，總數(shù)據(jù)代碼=127位代碼。圖7、電動機的延遲電流在高步進速度和衰減電流時的影響，快速衰減電流將會有可能使電流按照理想的正弦曲線變化，輸出沒有顯示出信號的變化。CSA0A1數(shù)據(jù)轉換000D7-Sign1,(D6—DO)-(061—001)，新變量-CD1001(D6—D4)—仃,61—L01)010D7-Sign2，(D6—D0)—(062—002)，新變量—CD2011(D6—D4)-(L62—L02)1XX不轉換圖8、表格顯示NJU39610內部數(shù)據(jù)是怎樣進行轉換的

DA和DA12他們是數(shù)模轉換通道1和數(shù)模轉換通道2的輸出，輸入到數(shù)模轉換器是內部數(shù)據(jù)總線（Q6「?Q01）和（Q62…Q02）參考電壓VRef（ReferenceVoltageVRef）VRef是兩個數(shù)模轉換器輸入的一個模擬量。設計特別注意，給很低的電平從引腳接一個下拉電阻VRef可使用從0.0V到VDD中的任何一個值，但是當大于3V時輸出可能變?yōu)榉蔷€性輸出。上電復位（Power-onReset）這是上電自動對內部寄存器復位，兩個數(shù)模轉換輸出和所有的數(shù)字電路輸出到零電位。復位（Reset）如果復位引腳沒用，讓它懸空。當電動機處于不穩(wěn)定位置脈沖修改電動機位置后的脈沖 寫信號UU LTULTU電機位置木A '~寫入第1通道寫入第2通道 ■-寫脈沖=錯誤位置 寫信號雙脈沖 理想數(shù)據(jù)=想得到的位置有用脈沖=正確的位置 實際數(shù)據(jù)=正確位置普通關系圖9、設計雙脈沖輸入和輸出信號有用脈沖=有用脈沖=幾乎正確位置圖10、設計單脈沖輸入和輸出信號最大值的絕對范圍（ABSOLUTEMAXIMUMRATINGS）參數(shù)引腳編號（符號）標號最小值最大值單位電壓電源電壓輸入邏輯電壓輸入?yún)⒖茧妷?6-171VDD參數(shù)引腳編號（符號）標號最小值最大值單位電壓電源電壓輸入邏輯電壓輸入?yún)⒖茧妷?6-171VDDVr-0.3-0.3Vdd+0?3Vdd+0?3電流輸入邏輯6-17I1-0.4+0.4mA溫度存儲溫度Tstg-55+150°C運行周圍環(huán)境溫度Topr-20+85°C*參考DIP封裝?參考運行條件(RECOMMENDEDOPERATINGCONDITIONS)參數(shù)標號最小值典型值最大值單位供電電壓Vdd4.7555.25V參考電壓（電源為5V）Vr02.53.8V?電氣特性(ELECTRICALCHARACTERISTICS)電氣特性是額外的參考運行條件參數(shù)標號條件最小值典型值最大值單位輸入邏輯輸入復位邏輯高電平電壓vihr3.5V輸入復位邏輯低電平電壓vttn--0.1v邏輯高電平輸入電壓ILRvih2.0v邏輯低電平輸入電壓Vil0.8v復位電流IIRVss<ViR<VDD—0.011mA其它輸入，輸入電流IISS IR DDvss<vi<vdd-11AA輸入電容容量3pF內部時序特性地址線上升時間t當A0,A1有效60ns數(shù)據(jù)線上升時間tds當D0-D7有效60ns片選線上升時間dst70ns地址保持時間tah20ns數(shù)據(jù)保持時間ah20ns片選保持時間tc.20ns寫信號周期長度cht50ns復位信號周期長度tR80ns輸入?yún)⒖驾斎腚娮鑂Ref69-kohm輸出邏輯信號高電平輸出電流Vo=2.4V-13mA低電平輸出電流OHIOLOVo=0.4V1.75mA寫信號傳輸延遲tP寫信號正電平邊沿輸出有效，耦合電容120pF30ns復位延遲PWRtPR復位輸出有效正電平邊沿，耦合電容120pF-60ns數(shù)模轉換輸出PR斷開復位，VRef=2.5V正常輸出電壓vdarci0vrf-1LSBv分辨率7RefBits偏移誤差0.20.5LSB增量誤差0.10.5LSB非線性端點0.20.5LSB非線性差異0.20.5LSB負載誤差Vda（空載）一Vda（有載）負載電阻2.5ko,轉換127的代碼-0.10.5LSB供電電源靈敏度轉換127的代碼4.75V<Vdd<5.25V0.10.3LSB轉換速度?ac在土0.5LSB滿刻度轉換到最終穩(wěn)定值，負載電阻2.5kQ，負載電容50pF-38As

圖12、復位時序波形圖應用資料(APPLICATIONSINFORMATION)多少步長這些步進電機可獲得很多不同的可靠的參數(shù)。例如，這些數(shù)據(jù)位在數(shù)模轉換中轉換，轉換誤差，可承受的轉矩紋波，單/雙脈沖程序，這電機電氣特性、機械特性、磁質特性等。電動機的完全應用還有一定的局限性，克服磨擦力、反復運轉線性等。認識到這些電流等級很重要，128不是有用步、128是這些電流等級(參考電壓等級)，為每一部分驅動電路都有用。結合電流等級和繞組128個電流等級中在任何一個繞組中產(chǎn)生128個等級電流，象這樣擴算的話，在兩個繞組中可得到16384個不同的電流等級，記住這16384個小位置不是都有用，轉矩可從100臺到0%變化，而且其中的一些項將會起相同的作用，單個例子，如果一個線圈中的電平為0,你仍能夠改變128個等級，所有的這些結合起來除了一個變化的轉矩，將會給你一樣的情況。典型應用在一個沒有或有微處理器系統(tǒng)中的使用步進處理器的解決方法。沒有微處理器，步進數(shù)據(jù)存儲在計數(shù)器的ROM中的適當位置。步進和方向是由時鐘和計數(shù)器的高低電平實現(xiàn)輸入信號，這是在一個沒有微處理器或是多任務大負載的系統(tǒng)中的理想解決方案。在一個有微處理器的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲在ROM/RAM的某一區(qū)域或每步數(shù)據(jù)計算連續(xù)的，NJU39610是可連接處理器件的可用地址，步進參數(shù)能夠為確定特殊需要而配制等，這是在一個有微處理器的系統(tǒng)中的解決方案，且有符加功能和成本低，比較簡單，典型應用見圖14、?使用提示(UserHints)當接通電源后絕不能將集成塊或PCB板短接。在你希望要建立什么樣轉矩要選擇好電機的速度與電流，如果電機沒有速度vMM電壓，一個高電壓電源可獲得比較好的步進性能，電流可在NJM3771運行下可進行調節(jié)，一個普通的步進電機也許可能獲得滿意的結果，但在微步進中，推薦使“適用微步進”電機，這種類型的電機平穩(wěn)性好，具有兩個主要的不同點，這靜態(tài)/動態(tài)兩者之間的關系是不相等的和較低的靜態(tài)轉矩。NJU39610的處理程序能夠產(chǎn)生想要確定的微步長數(shù)，如1/4步長，1/2步長，全步長和驅動波形。快速或慢速電流衰減在實際應用中這動態(tài)和靜態(tài)運行的兩者不同必須確定什么時候使用快速或慢速電流衰減，當?shù)退俨竭M運行時通常使用慢電流衰減，這將有益于驅動部分的很小的電流紋波，精確而且全面的平均電流和在正弦——余弦曲線的正電平邊緣正常的增加電流?？焖偎p電流使用在高速運行中是為避免電流延遲丟失步長位置和校正步進角度中有效。缺陷在驅動系統(tǒng)中必須考慮每一個驅動系統(tǒng)的慣性，轉子和負載的慣性在高速運轉中起有重要作用。這不像直流電機、步進電機是個同步電機和負載變化也不會改變它的速度。這要仔細查看一個典型電機的轉矩與速度相比曲線圖來表示靈敏的轉矩在降速到停止及啟動到停止不出錯的變化情況。這是因為轉矩要求以立方次關系的速度改變增量，對于一些高性能的電動機，控制加速和減速應考慮是否通過微步進方式去改進全面性能。NJU39610設計方法(ProgrammingNJU39610)NJU39610有兩種不同的基本設計方法，它