如何簡化步進電機系統設計

現代步進電機驅動系統通常使用集成電路功率芯片驅動電機運轉，有時可能還會集成一些簡單的控制功能，像電流控制。有些較先進的控制芯片還集成一個狀態機，對步進電機的步進順序進行相應的控制。一般而言，步進時序和運動曲線是由一個外部微控制器或專用的ASIC邏輯電路控制的。如果需要控制多臺電機，解決辦法無非是給每臺電機安裝專用邏輯電路或者在微控制器上安裝每臺電機的控制軟件。通過在一顆芯片上集成一個數字控制內核和驅動電路，意法半導體的新產品 L6470可簡化多電機控制系統的設計。這款新IC采用電壓控制模式，能夠以1/128微步進管理用戶設置的運動曲線，而且這些操作對主微控制器的負荷影響微乎其微。在采用該控制器的系統中，因為微控制器只需向控制器發出高級運動命令，所以只用一個微控制器即可輕松管理多臺電機。

前言

意法半導體新推出的步進電機控制芯片L6470在一顆芯片上集成了功率級和一個數字控制內核。這款步進電機控制芯片能夠通過SPI接口接收微控制器的運動曲線命令，按照預制的加速度和速度曲線自動執行運動，還能自動加快電機的運轉速度，并使之保持預設的轉速。
該控制器的結構如圖1所示。控制邏輯電路是一個可以設置的狀態機，能夠接收并保存各種參數，例如：加速度、減速度、啟動轉速、轉速、相電流控制 (PWM)和步進模式。從全步進到1/128微步進，該控制器共支持8種步進模式。內部絕對位置計數器負責計算所選步進模式的步進或微步進的數量，以相當于該步進模式的分辨率跟蹤電機轉子位置。每步旋轉1.8 度，1/128微步電機轉子旋轉一整圈后，位置計數器將自動增加25600（128×200步）。
所有的運動參數和命令都是通過SPI接口送到控制器。控制邏輯電路負責解釋前進步數等運動命令，控制電機從靜止開始做加速運轉再返回到停止狀態所需的步進時間和步數輸出，同時執行命令中的步進總數。該芯片還能給這些運動命令排隊和發送，進行復雜的運動控制，從而能夠大幅減少微控制器的開銷。

圖1：結構框圖。

運動和位置命令

數字內核可執行五種運動命令和4種停止命令:

Run (Direction, Speed):加速運轉直到接到停止命令為止

Move (Direction, N_Steps):沿命令方向運動N步

GoTo (Position):沿最直接路徑運動到絕對位置

GoTo (Direction, Position):沿指令方向運動到絕對位置

GoUntil (Act, Direction, Speed):加速運轉直到有外部事件發生為止

SoftStop:減速直到停止

Hard Stop:緊急制動（無減速過程）

SoftHiZ:減速到停止，然后關閉電橋

HardHiZ:緊急制動，并關閉電橋