在PSoC4平臺上開發步進電機控制系統

4. 基于PSoC4的步進電機控制架構及優勢

PSoC4片內集成有兩個電流數模轉換器 （IDAC），分別為最大7位和8位精度。均取為7為精度，因此可以產生最大為128細分的階梯狀正弦波。圖5表示由IDAC產生的兩路16細分基準正弦波。

圖5：16細分基準正弦波

圖6為基于PSoC4的步進電機控制架構框圖。

圖6：步進電機控制框圖

對電機的兩相電流分別進行采樣，經放大和高頻濾波后與IDAC產生的電流基準由PSoC4的內部比較器 進行比較，當實際相電流超過基準值時，將由PSoC4關閉驅動電機的PWM輸出一個周期，這樣就可以迫使電機的實際相電流跟蹤IDAC產生的電流基準，實現正弦波細分驅動。

對比PSoC4控制架構于前述的商用方案可以發現，由于PSoC4內部集成了IDAC、可編程的CPLD（UDB）和比較器，因此具備CPLD方案的所有性能與優勢，同時其內部的高性能Cortex-M0核又使其可以完成MCU的控制功能，并具有其低成本的特點。因此，基于PSoC4的步進電機控制方案在性價比上有很大的提高。

5. 基于PSoC4 的步進電機控制設計實例

①控制原理圖設計

圖7為PSoC Creator環境下的步進電機控制原理圖，虛線框內的部分即為依據圖4構建的電機相電流細分驅動電路。兩路電流獨立控制,相位相差90。。內部低功耗比較器的同向端接電機向電流經采樣、放大和濾波后的電壓信號；反向端節內部IDAC輸出的細分正弦信號。比較器輸出高電平將關閉TCPWM一個周期，迫使電機相電流跟蹤IDAC的電流基準波形，實現步進電機的細分驅動控制。

圖中的定時器用于設計細分步長，通過在軟件中修改其周期值可以實時改變電機的轉速。圖中的ADC可以讀入模擬的速度輸入信號，作為電機的給定轉速。

圖7：步進電機控制原理圖

②控制系統軟件設計

1）主程序設計

控制主程序首先初始化和配置PSoC4的內部資源，在主循環中檢測用戶的起停命令和速度給定，決定運行或鎖定步進電機。圖8為控制主程序的流程圖。

圖8：主程序流程圖