采用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A3967SLB型串口控制器為步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件核心，實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的8細(xì)分驅(qū)動(dòng)。論述了上位機(jī)與基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)之間的串行通信設(shè)計(jì)，給出了單片機(jī)串行通信的硬件接口電路。
關(guān)鍵詞：A3967SLB；步進(jìn)電機(jī)；細(xì)分驅(qū)動(dòng)；串行通信

步進(jìn)電機(jī)精度高，慣性小，在不失步的情況下沒(méi)有步距誤差積累，特別適用于數(shù)字控制的定位系統(tǒng)。傳統(tǒng)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路由細(xì)分環(huán)行分配器、放大器和合成器等部分組成。這種電路應(yīng)用復(fù)雜，靈活性差。本文利用a3967slb作為步進(jìn)電機(jī)微控芯片，簡(jiǎn)化了步進(jìn)電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)資源沒(méi)有pc豐富，人機(jī)界面也沒(méi)有pc友好，因此，本文采用了主從式結(jié)構(gòu)，即pc用于管理，單片機(jī)用于執(zhí)行。

由a3967slb構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分

a3967slb是美國(guó)allegro公司生產(chǎn)的pwm恒流控制微步距驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)器。它的工作電壓可達(dá)30v，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)750ma，一個(gè)a3967slb即可驅(qū)動(dòng)一臺(tái)二相步進(jìn)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)8細(xì)分驅(qū)動(dòng)。芯片內(nèi)部的pwm電流控制電路可通過(guò)加在pfd的電壓設(shè)置為慢、快、混合三種電流衰減模式，如果pfd端的電壓高于0.6vdd，則選擇慢衰減方式。若低于0.21vdd，則選擇快衰減模式。處于兩者之間為混合衰減模式。另外，a3967slb還能提供完善的保護(hù)措施，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。

a3967slb和微處理器之間不需要附加其他的接口電路，該芯片采用easy stepper接口，將8條控制線減少了2條（步長(zhǎng)和方向），只要簡(jiǎn)單地輸入控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖，其內(nèi)嵌的轉(zhuǎn)換器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。a3967slb還需要一些電阻、電容來(lái)調(diào)整其工作參數(shù)，整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單。

如圖1所示，ms1和ms2是步進(jìn)電機(jī)細(xì)分分辨率選擇的邏輯輸入口；dir是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向的選擇口；reset用于重置芯片初始值，屏蔽所有外部輸出；step為脈沖輸入端口；out1a、out1b、out2a、out2b為h橋的兩對(duì)輸出端口；enable為使能端；sleep為睡眠模式；sense1、sense2為h橋的電流檢測(cè)電阻；ref為參考電壓；gnd為邏輯地和電源地；rc1、rc2為h橋固定截止時(shí)間模擬輸入。最大限流imax是由取樣電阻rs和取樣比較器的輸入?yún)⒖茧妷簐ref決定的：

imax＝vref/8rs

at89c52具有8kb flash，256b內(nèi)部ram，32個(gè)i/o口線，3個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷系統(tǒng)，一個(gè)全雙工串行通信接口，同時(shí)片內(nèi)還有振蕩器和時(shí)鐘電路。使用很方便。在這個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)主要用來(lái)產(chǎn)生控制脈沖并與上位機(jī)進(jìn)行串行通信。

通信電路

在最簡(jiǎn)單的rs－232直接傳送通信系統(tǒng)中，只要發(fā)送和接受雙方同時(shí)準(zhǔn)備好，僅用信號(hào)發(fā)送端（txd）、信號(hào)接收端（rxd）和信號(hào)地（gnd）3根信號(hào)線就可以進(jìn)行通信；若以應(yīng)答方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可使用請(qǐng)求發(fā)送（rts）、清除發(fā)送（cts）或數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備（dtr）、數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備（dsr）4個(gè)信號(hào)進(jìn)行硬件握手。在at89c52單片機(jī)系統(tǒng)中，分別從p3.0和p3.1引出串口線rxd和txd，通過(guò)專用的電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成rs－232接口標(biāo)準(zhǔn)的電平，這樣，二者之間就可以通過(guò)rs－232接口進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的傳送。單片機(jī)可以通過(guò)直接傳送或應(yīng)答握手的方式與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但由于握手方式占用其它端口，而單片機(jī)的端口數(shù)量有限，所以，計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的通信常采用直接傳送的方式。通信電路如圖2所示。

軟件設(shè)計(jì)

軟件部分的設(shè)計(jì)主要包括下位機(jī)按mcu的接收程序、脈沖控制程序以及上位機(jī)的串口發(fā)送程序。上位機(jī)與下位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。上位機(jī)的程序主要通過(guò)windows可視化編程vc＋＋實(shí)現(xiàn)。

下位機(jī)程序主要負(fù)責(zé)接受pc發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，按照要求產(chǎn)生控制脈沖，具體流程為：首先對(duì)要使用的串口進(jìn)行初始化，然后p2輸出口清零，接著進(jìn)入住程序的死循環(huán)，等待中斷觸發(fā)。接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，ri＝1，接著將ri清零。當(dāng)單片機(jī)接收完數(shù)據(jù)后，標(biāo)志位置1。將緩存中的數(shù)據(jù)存入控制的變量中，以便控制時(shí)使用（具體操作時(shí)先法數(shù)據(jù)幀再發(fā)啟動(dòng)幀）。軟件控制流程如圖3所示。

結(jié)語(yǔ)

結(jié)合以上介紹的基于a3967slb的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，在vc＋＋環(huán)境下，利用mscomm控件實(shí)現(xiàn)了pc與單片機(jī)之間的串行通信。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用這種方式實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)基于a3967slb的步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行精確的驅(qū)動(dòng)可行有效。

本系統(tǒng)中，利用pc的豐富軟硬件資源和強(qiáng)大的系統(tǒng)功能，可進(jìn)行一些數(shù)據(jù)處理、顯示等工作；而從控制器at89c52則用于實(shí)時(shí)控制。另外，該系統(tǒng)為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)升級(jí)。