二相步進電機驅(qū)動芯片TA8435H及其應(yīng)用

    摘要：TA8435H是東芝公司推出的一款單片步進電機專用驅(qū)動芯片。文中介紹了該芯片的特點、引腳功能和工作原理，給出了采用89C51和82C53作為控制核心驅(qū)動步進電機的具體電路和相關(guān)程序代碼。

    關(guān)鍵詞：步進電機；TA8435H；細分驅(qū)動；82C53；89C51

１　主要特點

ＴＡ８４３５Ｈ是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細分二相步進電機驅(qū)動專用芯片，ＴＡ８４３５Ｈ可以驅(qū)動二相步進電機，且電路簡單，工作可靠。該芯片還具有以下特點：

●工作電壓范圍寬（１０Ｖ～４０Ｖ）；

●輸出電流可達１．５Ａ?平均?和２．５Ａ?峰值?；

●具有整步、半步、１／４細分、１／８細分運行方式可供選擇；

●采用脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式；

●具有正／反轉(zhuǎn)控制功能；

●帶有復位和使能引腳?

●可選擇使用單時鐘輸入或雙時鐘輸入。

２ 引腳功能

ＴＡ８４３５Ｈ采用ＺＩＰ２５封裝形式，圖１為其引腳排列圖。各引腳功能如下：

腳１（Ｓ－ＧＮＤ）：信號地；

腳２（ＲＥＳＥＴ）：復位端，低電平有效，當該端有效時，電路復位到起始狀態(tài)，此時在任何激勵方式下，輸出各相都置于它們的原點；

引腳３（ＥＮＡＢＬＥ）：使能端，低電平有效；當該端為高電平時電路處于維持狀態(tài)，此時各相輸出被強制關(guān)閉；

引腳４（ＯＳＣ）：該腳外接電容的典型值可決定芯片內(nèi)部驅(qū)動級的斬波頻率（１５ｋＨｚ～８０ｋＨｚ），計算公式為：

ｆｏｓｃ＝１／?５．１５×ＣＯＳＣ?

式中，ＣＯＳＣ的單位為μＦ?ｆＯＳＣ的單位為ｋＨｚ。

腳５（ＣＷ／ＣＣＷ）：正、反轉(zhuǎn)控制引腳；

腳６、７（ＣＫ２、ＣＫ１）：時鐘輸入端，可選擇單時鐘輸入或雙時鐘輸入，最大時鐘輸入頻率為５ｋＨｚ；

腳８、９（Ｍ１、Ｍ２）：選擇激勵方式，００表示步進電機工作在整步方式，１０為半步方式，０１為１／４細分方式，１１為１／８細分方式；

腳１０（ＲＥＦ ＩＮ）：ＶＮＦ輸入控制，接高電平時ＶＮＦ為０．８Ｖ，接低電平時ＶＮＦ為０．５Ｖ；

腳１１（ＭＯ）：輸出監(jiān)視，用于監(jiān)視輸出電流峰值位置；

腳１３（ＶＣＣ）：邏輯電路供電引腳，一般為５Ｖ；

腳１５、２４（ＶＭＢ、ＶＭＡ）：Ｂ相和Ａ相負載電源端；

腳１６、１９（ Ｂ、Ｂ）：Ｂ相輸出引腳；

腳１７、２２（ＰＧ－Ｂ、ＰＧ－Ａ）：Ｂ相和Ａ相負載地；

腳１８、２１（ＮＦＢ、ＮＦＡ）：Ｂ相和Ａ相電流檢測端，由該引腳外接電阻和ＲＥＦ－ＩＮ引腳控制的輸出電流為：ＩＯ＝ＶＮＦ／ＲＮＦ

腳２０、２３（ Ａ、Ａ）：Ａ相輸出引腳。

３　實際應(yīng)用電路

筆者為省重點科研項目《智能化大氣污染系統(tǒng)的研究》所設(shè)計的電路共需驅(qū)動三個二相步進電機，以分別完成進樣、采樣和閥門控制。

圖２是ＴＡ８４３５Ｈ的一個典型應(yīng)用電路，該電路用一片ＴＡ８４３５Ｈ來驅(qū)動一個步進電機，輸入信號有使能控制、正反轉(zhuǎn)控制和時鐘輸入，通過光耦可將驅(qū)動器與輸入級進行電隔離，以起到邏輯電平隔離和保護作用；該電路工作在１／８細分模式（Ｍ１、Ｍ１接高電平），可減小低速時的振動，Ｒ８和Ｃ１組成復位電路，Ｄ１～Ｄ４快恢復二極管可用來泄放繞組電流?由于ＲＥＦ ＩＮ引腳接高電平，因此ＶＮＦ為０．８Ｖ，輸出級斬波電流為ＶＮＦ／ＲＮＦ＝０．８／０．８＝１Ａ，選用不同的二相步進電機時，應(yīng)根據(jù)其電流大小選擇合適的Ｒ１３和Ｒ１４。

圖３是步進電機核心控制電路，該電路能夠控制如圖２所示的三個步進電機驅(qū)動器。本設(shè)計采用外部定時／計數(shù)器８２Ｃ５３來給ＴＡ８４３５Ｈ提供步進脈沖。因為８２Ｃ５３有三個定時／計數(shù)器，可以驅(qū)動三個步進電機控制器，因而能滿足設(shè)計要求；另外，８２Ｃ５３的工作方式３是一種方波速率發(fā)生器。在這種方式下，當ＣＰＵ設(shè)置控制字后，輸出將為高電平，在寫完計數(shù)值后就自動開始計數(shù)，輸出保持高電平；而當計到一半計數(shù)值時，輸出變低直到計數(shù)到０，此后輸出又變高以重新開始計數(shù)。在計數(shù)期間寫入新的計數(shù)值并不影響現(xiàn)行的計數(shù)過程。但是若在方波半周期結(jié)束前和新計數(shù)值寫入后收到ＧＡＴＥ脈沖，那么計數(shù)器將在下一個ＣＬＫ脈沖時裝入新的計數(shù)值并以這個計數(shù)值開始計數(shù)。否則，新的計數(shù)值將在現(xiàn)行半周期結(jié)束時裝入計數(shù)值。因此，只要寫入不同的計數(shù)初值，就能控制步進電機的轉(zhuǎn)速而不需要用軟件來控制高低電平的轉(zhuǎn)換，因而編程比較容易。本設(shè)計將８２Ｃ５３的ＧＡＴＥ端全部接高電平，新的計數(shù)值將在現(xiàn)行半周期結(jié)束時起作用。

由于采用了定時／計數(shù)器８２Ｃ５３作為步進脈沖產(chǎn)生電路，因此系統(tǒng)編程十分簡單，以下語句為控制一個步進電機的相應(yīng)程序代碼。

＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｒｅｇ５２．ｈ＞

＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ａｂｓａｃｃ．ｈ＞

＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｉｎｔｒｉｎｓ．ｈ＞

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ａ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ０００] ／／計數(shù)器０地址

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ｂ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ１００] ／／計數(shù)器１地址

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ｃ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ２００] ／／計數(shù)器２地址

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ｄ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ３００] ／／控制字口地址

＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｃｈａｒ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ

＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｉｎｔ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ

ｕｉｎｔ ｔｉｍｅ１; ／／電機１運行時間

ｕｃｈａｒ ｓｐｅｅｄ１;／／電機１運轉(zhuǎn)速度

ｓｂｉｔ ｅｎ１＝Ｐ１＾０; ／／電機１使能控制

ｓｂｉｔ ｄｉｒ１＝Ｐ１＾１; ／／／電機１方向控制

ｕｉｎｔ ｓｕｍ１;

ｕｃｈａｒ ｃｏｄｅ ｓｄｔａｂ[１６]＝{０ｘ３０,０ｘ３５,０ｘ４０,０ｘ４５,０ｘ５０,０ｘ５５,０ｘ６０,０ｘ６５,０ｘ７０,

０ｘ７５,０ｘ８０,０ｘ８５,０ｘ９０,０ｘ９５,０ｘａ０,０ｘａ５};

圖2

    ／／１６個計數(shù)初值，對應(yīng)１６種轉(zhuǎn)速，初值大小應(yīng)根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速要求和８２Ｃ５３計數(shù)器ＣＬＫ端輸入的時鐘頻率決定

ｍａｉｎ()

{

Ａ８２５３Ｄ＝０ｘ１６; ／／計數(shù)器０方式３，只讀寫高位字節(jié)

Ａ８２５３Ｄ＝０ｘ５６; ／／計數(shù)器１方式３，只讀寫高位字節(jié)

Ａ８２５３Ｄ＝０ｘ９６; ／／計數(shù)器２方式３，只讀寫高位字節(jié)

ｄｉｒ１＝１; ／／運轉(zhuǎn)方向

ｔｉｍｅ１＝２００; ／／運轉(zhuǎn)２００秒

ｓｐｅｅｄ１＝３; ／／速度等級３

／／以上是電機１的運行參數(shù)，實際應(yīng)用中?一般先用上位機通過串口將數(shù)據(jù)送入８９Ｃ５１單片機存儲器，然后由單片機按照上位機送入的數(shù)據(jù)來控制步進電機的運行速度、方向和時間。

ｓｕｍ１＝ｔｉｍｅ１＊２０;

／／ｓｕｍ１為８９Ｃ５１定時器Ｔ０中斷次數(shù)，因為定時間隔為０．０５秒

Ａ８２５３Ａ＝ｓｄｔａｂ[ｓｐｅｅｄ１];

／／向８２Ｃ５３計數(shù)器０送初值，ＯＵＴ０腳輸出方波

ｅｎ１＝１;／／電機１開始運轉(zhuǎn)

ＴＭＯＤ＝０ｘ０１;

ＴＬ０＝－４６０８０％２５６;

ＴＨ０＝－４６０８０／２５６;

ＥＴ０＝１;

ＥＡ＝１;

ＴＲ０＝１;

／／８９Ｃ５１的計數(shù)器０用于定時器，定時間隔０．０５秒，方式１，中斷方式，晶振１１．０５９２Ｍ

ｗｈｉｌｅ(１0);?

}

ｖｏｉｄ Ｔ０＿ｓｒｖ(ｖｏｉｄ) ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ １ ｕｓｉｎｇ １

{／／中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完后，電機停止運行

ＴＬ０＝－４６０８０％２５６;

ＴＨ０＝－４６０８０／２５６;

ｓｕｍ１－－;

ｉｆ(ｓｕｍ１＝＝０)

{

ｅｎ１＝０?／／ 電機停止運行

}

}

圖3

４　結(jié)論

采用ＴＡ８４３５Ｈ構(gòu)成步進電機驅(qū)動器，利用８２Ｃ５３輸出步進脈沖的設(shè)計方案具有占用ＣＰＵ時間短、編程容易、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性好、抗干擾能力強等優(yōu)點，因此可在控制和測量領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。