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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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基于MC56F8323的兩相步進(jìn)電機(jī)高速細(xì)分驅(qū)動模塊

基于MC56F8323的兩相步進(jìn)電機(jī)高速細(xì)分驅(qū)動模塊

2007/9/11 16:48:00
1 引言 步進(jìn)電機(jī)定位準(zhǔn)確且與數(shù)字電路接口連接非常方便,無需反饋就可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的角位移,在數(shù)控機(jī)床等許多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,對步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制技術(shù)的研究日趨深入,該技術(shù)不僅解決了步進(jìn)電機(jī)步距角大的問題,提高了步進(jìn)電機(jī)的分辨率,減弱或消除了步進(jìn)電機(jī)的低頻振動,而且也改善了電機(jī)的其他性能。從而使步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,控制更加靈活。 2 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動的基本原理 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分功能采用數(shù)/模轉(zhuǎn)換技術(shù),用階梯波驅(qū)動代替?zhèn)鹘y(tǒng)的方波驅(qū)動,使電機(jī)能以微步距“連續(xù)運(yùn)動”。具體辦法一般為:微處理器接收步進(jìn)信號的輸入,經(jīng)內(nèi)部識別處理后,查表得到電機(jī)的驅(qū)動電流大小。并將這個(gè)數(shù)值與當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的工作電流比較,滿足條件電流通,不滿足則斷。由此得到用來控制步進(jìn)電機(jī)細(xì)分的正弦波階梯電流信號,經(jīng)驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動,使步進(jìn)電機(jī)的相電流按近似正弦波的波形變化,使得電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn),示意圖如圖1所示。
3 MC56F8323簡介 DSP處理器采用Freescale公司的MC56F8323,56F8300系列被稱為“合成控制器”,其含義是該器件采用的是結(jié)合了DSP與MCU功能的56800E內(nèi)核。MC56F8323內(nèi)核中保留了最常用和最有用的DSP和MCU指令集,簡化了編程難度,允許習(xí)慣于MCU的設(shè)計(jì)工程師采用C編譯器進(jìn)行編程,簡化了其DSP代碼的編譯。MC56F8323內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)過改進(jìn)的哈佛架構(gòu),擁有7條內(nèi)部程序總線和數(shù)據(jù)總線,其中2條為32位寬;內(nèi)部的數(shù)據(jù)RAM具有兩個(gè)端口,因此可在單個(gè)周期中進(jìn)行兩次存取。這些特性對于處理器的處理控制能力非常重要。 4 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 如圖2所示,步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動模塊主要由變壓器、整流器、MC56F8323、MOSFET橋、電流檢測、保護(hù)電路等組成。MOSFET橋的開斷采用PWM控制,與MC56F8323的PWM模塊相連(P3、P4);細(xì)分級選擇撥盤開關(guān)、電流設(shè)置開關(guān)、各控制信號與MC56F8323的GPIO相連。MC56F8323及其外圍電路圖如圖3所示。
5 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。模塊上電后,系統(tǒng)初始化,MC56F8323檢測電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向設(shè)置,當(dāng)MC56F8323接收到步進(jìn)脈沖信號時(shí),在預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)庫中查找出相應(yīng)相位的電流值,MC56F8323內(nèi)置的PWM控制器輸出脈沖信號,開啟對應(yīng)的MOSFET功率管,使電機(jī)朝設(shè)定方向運(yùn)轉(zhuǎn);電樞電流流經(jīng)霍爾器件,產(chǎn)生與電樞電流成比例的電流值,此電流值經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換放大,輸入MC56F8323的A/D轉(zhuǎn)換器輸入端,將轉(zhuǎn)換結(jié)果與數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)相位的預(yù)定值比較,如果電樞電流小于預(yù)定值,PWM繼續(xù)有效,MOSFET導(dǎo)通;若電樞電流大于預(yù)定值,PWM無效,MOSFET斷開;延遲一段時(shí)間后,PWM重新有效,系統(tǒng)繼續(xù)對電樞電流進(jìn)行檢測,如此反復(fù),直到下一個(gè)步進(jìn)脈沖到來,系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中查找出新的預(yù)定電流值,轉(zhuǎn)換結(jié)果將與此值作比較,輸出對應(yīng)的PWM,控制MOSFET的工作狀態(tài)。
其他附加功能實(shí)現(xiàn)分別如下:通過控制I/V轉(zhuǎn)換器的放大倍數(shù),達(dá)到電流可調(diào)的目的;系統(tǒng)每接收到步進(jìn)脈沖,計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),新的步進(jìn)脈沖清零計(jì)數(shù)器初值,當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到0.1 s,自動將電機(jī)當(dāng)前電流值減半,進(jìn)入半電流省電工作模式,便于下次啟動;系統(tǒng)試機(jī)功能采用MC56F8323片內(nèi)計(jì)數(shù)器分頻輸出的10 kHz脈沖信號作為步進(jìn)脈沖,控制系統(tǒng)運(yùn)行,以檢查系統(tǒng)的工作狀況;相位記憶功能使DSP記住數(shù)據(jù)庫訪問的當(dāng)前位置,下次步進(jìn)脈沖將從當(dāng)前位置向下、向上取得新的各相電流預(yù)定值。 保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)如下:通過對母線電壓分壓取樣,放大后,通過窗口比較器,如果發(fā)現(xiàn)高于預(yù)定最高值或低于預(yù)定最低值,向MC56F8323發(fā)出中斷請求,MC56F8323立即響應(yīng)中斷請求,屏蔽步進(jìn)脈沖輸入,關(guān)閉系統(tǒng)總電源,實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓保護(hù)功能;將兩相電流絕對值相加,如果大于預(yù)定值,說明流經(jīng)電機(jī)電流過大,電機(jī)負(fù)載過重,則屏蔽步進(jìn)脈沖輸入,關(guān)閉電源,實(shí)現(xiàn)過流、過載保護(hù);防浪涌電流、泵升抑制電路采用全硬件方式實(shí)現(xiàn),提高反應(yīng)速度。 6 結(jié)束語 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了一個(gè)包括過壓、欠壓、過流、過載、過熱、斷(缺)相、防浪涌電流、泵升電壓抑制等功能的步進(jìn)電機(jī)高速細(xì)分模塊方案,實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的高速精確控制,同時(shí)也附加了完整的保護(hù)系統(tǒng),擴(kuò)展了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,延長了電機(jī)的使用壽命,具有廣闊的應(yīng)用空間和市場前景。 信息來源:電子工程世界
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