MS41959——低噪聲、256 細(xì)分、微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

產(chǎn)品簡述

MS41959 是一款四通道步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其中兩個(gè)通

道為 12V 電壓驅(qū)動(dòng)，另兩個(gè)通道為 5V 電壓驅(qū)動(dòng)，總共可以同

時(shí)驅(qū)動(dòng)四個(gè)通道的步進(jìn)電機(jī)。通過具有電流細(xì)分的電壓驅(qū)動(dòng)方

式以及扭矩紋波修正技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超低噪聲微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

芯片另外內(nèi)置一個(gè) 5V 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

主要特點(diǎn)

?電壓驅(qū)動(dòng)方式，256 細(xì)分微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路（四通道八個(gè) H

橋）：12V 驅(qū)動(dòng)的每個(gè) H 橋最大驅(qū)動(dòng)電流±1.0A，5V 驅(qū)動(dòng)

每個(gè) H 橋最大驅(qū)動(dòng)電流±0.8A

?四線串行總線通信控制電機(jī)

?負(fù)載電壓范圍：

12V 通道：2.7V~15V

5V 通道：4.5V~5.5V

?內(nèi)置直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最大驅(qū)動(dòng)電流±0.5A

?QFN48 封裝（背部散熱片）

應(yīng)用

?機(jī)器人，精密工業(yè)設(shè)備

?攝像機(jī)

?監(jiān)控?cái)z像機(jī)

?云臺(tái)

產(chǎn)品規(guī)格分類

管腳圖

管腳說明

如有需求請聯(lián)系——三亞微科技 王子文（16620966594）

內(nèi)部框圖

極限參數(shù)

絕對最大額定值

芯片使用中，任何超過極限參數(shù)的應(yīng)用方式會(huì)對器件造成永久的損壞，芯片長時(shí)間處于極限工作

狀態(tài)可能會(huì)影響器件的可靠性。極限參數(shù)只是由一系列極端測試得出，并不代表芯片可以正常工作在

此極限條件下。

注： 1. 絕對最大額定值，是指在容損范圍內(nèi)使用的場合。

2. 容損值，是指在Ta = 85°C時(shí)封裝單體的值。實(shí)際使用時(shí)，希望在參考技術(shù)資料和PD – Ta特性圖的基

礎(chǔ)上，依據(jù)電源電壓、負(fù)荷、環(huán)境溫度條件，進(jìn)行不超過容損值的散熱設(shè)計(jì)。

3. 容損值，工作環(huán)境溫度，以及存儲(chǔ)溫度的項(xiàng)目以外，所有溫度為 Ta = 25°C。

4. 輸入電壓(DVDD+0.3)電壓不可超過6.0V。

5. 測試條件：A通道正弦波峰值880mA，B通道正弦波峰值840mA,C通道正弦波峰值180mA，D通道正弦

波峰值220mA。

6. C，D通道內(nèi)阻較大，C通道單獨(dú)工作最大正弦波峰值電流不超過900mA，C，D通道同時(shí)工作時(shí)每個(gè)

通道電流不超過600mA。

工作電源電壓范圍

注：使用中每個(gè)電源需要供電，否則會(huì)觸發(fā)欠壓保護(hù)，芯片停止工作。DVDD 一般情況下為 5V 供電，

如果使用 3.3V 供電，OSC 系統(tǒng)時(shí)鐘最高頻率 20MHz，推薦使用 16MHz。

端子容許電流電壓范圍

注意：—容許端子電流電壓范圍，是指不任何情況下不允許超過這個(gè)電氣參數(shù)范圍。

—額定電壓值，是指對 GND 的各端子的電壓。GND 是指 AGND、DGND、MGNDx 的電壓。

—5V 電源，是指 DVDD，AVDD 的電壓。

—在下面沒有記述的端子以外，嚴(yán)禁從外界輸入電壓和電流。

—關(guān)于電流，“+”表示流向 IC 的電流，“-”表示從 IC 流出的電流。

注：(DVDD + 0.3) 電壓不可超過5.5V。

電氣參數(shù)

MVCCA=MVCCB=12V, MVCCC=MCVCCD=MVCCE=5V, AVDD=3.3V, DVDD=5V

注意：沒有特別規(guī)定，環(huán)境溫度為 Ta = 25°C ±2°C。

如有需求請聯(lián)系——三亞微科技 王子文（16620966594）

功能描述

1. 串行接口

注：1. 讀寫模式中，每個(gè)周期 CS 默認(rèn)都是從 0 開始的。

2. 寫模式時(shí)，必須從 OSCIN 端輸入系統(tǒng)時(shí)鐘。

電氣參數(shù)（設(shè)計(jì)參考值）

MVCCx = 5V, DVDD = 5V, AVDD = 3.3V

注意：沒有特別規(guī)定，環(huán)境溫度為 Ta = 25°C ±2°C。本特性為設(shè)計(jì)參考值，僅供參考。

1.1 串行口輸入

1. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換在 CS 的上升沿開始，在 CS 的下降沿停止。

2. 一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)流單位是 24 位。

3. 從 SIN 引腳輸入地址和數(shù)據(jù)時(shí)，在 CS = 1 的條件下，時(shí)鐘信號(hào) SCK 保持一致。

4. 在 SCK 信號(hào)的上升沿，數(shù)據(jù)被打入 IC。同時(shí)，數(shù)據(jù)輸出時(shí)，在 SOUT 引腳讀出（數(shù)據(jù)在 SCK 的上升

沿輸出）。

5. 當(dāng) CS=0 時(shí)，SOUT 輸出高阻態(tài)。并且當(dāng) CS=1 時(shí)，輸出“0”除非有數(shù)據(jù)讀出。

6. 當(dāng) CS=0 時(shí)，復(fù)位整個(gè)串行接口控制。

1.2 數(shù)據(jù)格式

C0：寄存器讀寫選擇： 0：寫模式；1：讀模式

C1：不使用

A5~A0：寄存器地址

D15~D0：寫入寄存器的數(shù)據(jù)

1.3 寄存器分布圖

1.4 寄存器列表

1.5 寄存器建立時(shí)刻

* 0→1：起作用于DT1x ；1→0:起作用于DT2x

原則上來說，用于細(xì)分步進(jìn)的寄存器的建立，應(yīng)該在起始點(diǎn)延時(shí)的這段時(shí)間段執(zhí)行完（參考17頁

圖）。在起始點(diǎn)延時(shí)這段時(shí)間外，寫入的數(shù)據(jù)也能被存入寄存器。然而，如果寫操作在刷新時(shí)間后繼

續(xù)執(zhí)行的話，好比在起始點(diǎn)激勵(lì)延時(shí)的最后，建立刷新時(shí)刻不會(huì)在計(jì)劃的時(shí)刻有效。舉例說明：如果

在起始點(diǎn)激勵(lì)延時(shí)后更新的數(shù)據(jù)1? 4如下圖一樣被寫入，數(shù)據(jù)1和2在a時(shí)刻立即被更新，數(shù)據(jù)3和4在b

時(shí)刻被更新。即使數(shù)據(jù)是連續(xù)寫入的，更新的時(shí)間間隔了1個(gè)VFx的周期。

由于上述原因，為了數(shù)據(jù)及時(shí)更新，寄存器數(shù)據(jù)的建立需要在起始點(diǎn)延時(shí)的這段時(shí)間段執(zhí)行完。

2. VFx信號(hào)內(nèi)部處理

這個(gè)系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的反應(yīng)時(shí)間和旋轉(zhuǎn)時(shí)間分別基于VFx的上升沿。VFx的極性能通過下面的寄

存器設(shè)置。

寄存器細(xì)節(jié)描述

MODESEL_FZ （VFx 極性選擇）

MODESEL_FZ設(shè)置輸入IC內(nèi)部的VFx的極性。

當(dāng)設(shè)置為“0”，極性基于VFx的上升沿。當(dāng)設(shè)置為“1”，極性基于VFx的下降沿。

MODESEL_FZ選擇輸入VFx的極性。當(dāng)MODESEL_FZ的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，如下圖所示，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)VFx信

號(hào)，此時(shí)刻與VFx的邊沿?zé)o關(guān)。

3. 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)

3.1 模塊框圖

上圖中模塊是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部示意圖。下面的一些設(shè)置可以用來執(zhí)行一系列的控制。

（下面是對 A 通道步進(jìn)電機(jī)：H 橋驅(qū)動(dòng)器 α/β 的描述。通道 B，C，D 與通道 A 電機(jī)執(zhí)行一樣的算法）

主要的設(shè)置參數(shù)：

相位矯正：驅(qū)動(dòng)器 α 和驅(qū)動(dòng)器 β 的相位差目標(biāo)在 90°；

可以實(shí)現(xiàn)-22.5°? +21.8°的相位修正 。 ——>PHMODx[5:0]

幅度設(shè)置：能獨(dú)立設(shè)置驅(qū)動(dòng)器 α/β 的負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流 ——>PPWAα[7:0],PPWAβ[7:0]

PWM 頻率：驅(qū)動(dòng)器輸出的 PWM 波頻率設(shè)置 ——>PWMMODEAB[4:0],PWMRESAB[1:0]

微步進(jìn)分頻數(shù)：微步數(shù)能設(shè)置成 64,128 和 256 微步進(jìn)模式 ——>MICROAB[1:0]

步進(jìn)周期：電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置。

電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度與正弦波的的微步進(jìn)模式無關(guān) ——>INTCTA[15:0]

3.2 相關(guān)設(shè)置的建立時(shí)刻

建立時(shí)刻和相關(guān)時(shí)間如下所示

地址 07h 到 0Ah 的設(shè)置同 02h 到 05h 的設(shè)置相同，所以 07h 到 0Ah 的描述就省略了。如果相關(guān)寄

存器被刷新，則每一個(gè) VF 周期來到時(shí)，會(huì)實(shí)現(xiàn)一次設(shè)置的加載刷新。當(dāng)同樣的設(shè)置被執(zhí)行時(shí)超過 2 個(gè)

VF 脈沖時(shí)，沒有必要在每個(gè) VF 脈沖都寫入寄存器數(shù)據(jù)。

DT1AB[7:0]（起始點(diǎn)延時(shí)，地址 20h）

更新數(shù)據(jù)時(shí)間設(shè)置。在系統(tǒng)硬件復(fù)位后（48 引腳 RSTB：低→高），開始激勵(lì)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)前

（DT1AB 結(jié)束），必須設(shè)置此項(xiàng)。

由于這個(gè)設(shè)置在每次 VF 脈沖來到時(shí)更新，沒有必要一定在起始點(diǎn)延遲時(shí)間段內(nèi)寫入。

PWMMODEAB[4:0],PWMRESAB[1:0]（微步進(jìn)輸出 PWM 波頻率，地址 20h）

設(shè)置微步進(jìn)輸出 PWM 波頻率。需要在開始激勵(lì)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)前設(shè)置執(zhí)行（DT1AB 結(jié)束）。

DT2A[7:0]（起始點(diǎn)激勵(lì)延時(shí)，地址 22h）

更新數(shù)據(jù)時(shí)間設(shè)置。復(fù)位后（48 引腳 RSTB：低→高），需要在開始激勵(lì)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)前被設(shè)置執(zhí)行

（DT1AB 結(jié)束）。

PHMODA[5:0]（相位矯正，地址 22h）

通過矯正線圈 α 和 β 的相位差，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的噪聲會(huì)減少。合適的相位矯正必須依據(jù)于電機(jī)的旋

轉(zhuǎn)方向和速度，此設(shè)置需要隨著旋轉(zhuǎn)方向 (CCWCWA)或者旋轉(zhuǎn)速度 (INTCTA)的變化而改變。

PPWAα[7:0],PPWAβ[7:0]（峰值脈沖寬度，地址 23h）

設(shè)置 PWM 最大占空比。設(shè)置需要在開始激勵(lì)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)前被設(shè)置執(zhí)行（DT1AB 結(jié)束）。

PSUMA[7:0]（步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)數(shù)，地址 24h）

1 個(gè) VFx 的時(shí)間間隔內(nèi)的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)設(shè)置。

每次 VFx 脈沖輸入時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所設(shè)置的次數(shù)。因此，設(shè)置次數(shù)為“0”是可以停止電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)

設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)總額超過了 1 個(gè) VFx 脈沖的時(shí)間，超出部分會(huì)被取消。

CCWCWA（轉(zhuǎn)動(dòng)方向，地址 24h）

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向設(shè)置，只要在選擇轉(zhuǎn)動(dòng)方向前設(shè)置即可。

BRAKEA(電機(jī)剎車設(shè)置，地址 24h）

剎車時(shí)設(shè)置電流為 0。由于執(zhí)行此設(shè)置時(shí)，很難得到電機(jī)的最終位置，所以此設(shè)置一般用于立即

停止電機(jī)。

ENDISA（電機(jī)工作 Enable/Disable，地址 24h）

設(shè)置電機(jī)工作使能。當(dāng)設(shè)置為不使能時(shí)，電機(jī)引腳輸出高阻態(tài)，電機(jī)正在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不要設(shè)置成

disable。

MICROA[1:0]（正弦波分頻數(shù)，地址 24h）

設(shè)置正弦波的分頻數(shù)。這個(gè)設(shè)置不改變轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。只有當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)不到要求時(shí)，才需要

設(shè)置此項(xiàng)。復(fù)位后（48 引腳 RSTB：低→高），設(shè)置有效。

INTCTA[15:0]（脈沖周期，地址 25h）

脈沖周期設(shè)置。轉(zhuǎn)動(dòng)速度決定于這個(gè)設(shè)置。

3.4 寄存器細(xì)節(jié)描述

注：（1） 通道 AB 與 CD 是設(shè)置是一樣的，只是寄存器的地址分別是 0Xh 與 2Xh 的區(qū)別，CD 通道

不做重復(fù)描述，如 DT1AB 做了描述，DT1CD 沒有描述。

（2）通道 A 與通道 B 為鏡像通道，同名寄存器如 PPWAα 與 PPWBα，DT2A 與 DT2B 設(shè)置方法也一

致，也不做重復(fù)描述。

DT1AB[7:0]（A 與 B 通道電機(jī)起始點(diǎn)等待時(shí)間）

DT1CD[7:0]（C 與 D 通道電機(jī)起始點(diǎn)等待時(shí)間）

DT1AB[7:0]設(shè)置數(shù)據(jù)寫入系統(tǒng)的延時(shí)時(shí)間（起始點(diǎn)等待時(shí)間）

電機(jī)可以精確地在起始點(diǎn)等待時(shí)間從“1”到“0”翻轉(zhuǎn)后被激活。起始點(diǎn)等待時(shí)間從視頻同步信號(hào)

(VFx)的上升沿開始計(jì)算。

由于起始點(diǎn)延時(shí)時(shí)間是主要是用來等待串行數(shù)據(jù)的寫入。應(yīng)該設(shè)置寄存器值大于“0”，如果是“0”

的話，相應(yīng)的數(shù)據(jù)不能更新。

DT2A[7:0]和 DT2B[7:0]設(shè)置通道 A 電機(jī)和通道 B 電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)前的等待延遲時(shí)間。

在起始點(diǎn)激勵(lì)等待時(shí)間從“1”到“0”翻轉(zhuǎn)后，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。起始點(diǎn)激勵(lì)等待時(shí)間是在起始點(diǎn)等待

時(shí)間結(jié)束時(shí)刻開始計(jì)算。

這個(gè)信號(hào)是 A，B 通道的單獨(dú)延遲。應(yīng)該設(shè)置寄存器值大于“0”，如果是“0”的話，相應(yīng)的數(shù)據(jù)不能

更新。

PWMMODEAB[4:0]通過設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘 OSCIN 的分頻數(shù)來設(shè)置微步進(jìn)輸出 PWM 的頻率。

PWMMODEAB[4:0]能在 1?31 的范圍內(nèi)設(shè)置，PWM 波的頻率在 PWMMODE = 0 和 PWMMODE = 1

時(shí)候的取值是一樣的。

PWMRESAB[1:0]與 PWMMODEAB[4:0]一起決定 PWM 頻率

PWM 頻率由下面的式子進(jìn)行計(jì)算

PWM 頻率 = OSCIN 頻率 / ((PWMMODE × 23 ) × 2PWMRES)

PHMODD[5:0]（D 通道電機(jī)相位矯正）

通道 A 步進(jìn)電機(jī)的 α 相 H 橋電流和 β 相 H 橋電流的相位差由 PHMODA[5:0]設(shè)置。默認(rèn)為 90°，設(shè)

置 1 個(gè)單位為 0.7°，同時(shí)數(shù)據(jù)可以取正反偏差。

步進(jìn)電機(jī)兩相線圈之間的相位差一般為 90°。但是，因?yàn)殡姍C(jī)的不同或者工藝偏差，相位差也會(huì)

偏移出 90°。因此，即使驅(qū)動(dòng)波形電流的相位差 90°，但是電機(jī)本身不是相差 90°，也會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩紋

波，噪聲還是存在的。

這個(gè)設(shè)置主要是減少由于電機(jī)變化時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩紋波。

PPWAx[7:0]到 PPWDx[7:0]設(shè)置 PWM 波的最大占空比，決定驅(qū)動(dòng)器 A 到 D 兩相輸出電流峰值的位置。

最大占空比由下式進(jìn)行計(jì)算：

驅(qū)動(dòng)器 X 最大占空比 = PPWxx/ (PWMMODExx × 8)

當(dāng) PPWxx = 0，線圈電流為 0。

舉例，當(dāng) PPWAx[7:0] = 200，PWMMODEAB[4:0] = 28，最大占空比為：

200 / (28 × 8) = 0.89

根據(jù) PWMMODExx 和 PPWxx 的值，最大占空比可能超過 100%，

實(shí)際中，PWM 中占空比當(dāng)然不可能超過 100% ，正弦波峰值點(diǎn)會(huì)被削去如下圖所示：

舉例說明，當(dāng) PWMMODExx = 10，PPWxx = 96，

最大占空比 = 90/(10 × 8) = 120%

目標(biāo)電流的波形如下顯示：

只要 PWM 波最大占空比設(shè)置不為“0”，當(dāng) PSUMx[7:0]=0 時(shí)，電機(jī)都可以保持在釋放時(shí)狀態(tài)。

一個(gè)實(shí)例來看此設(shè)定的意義：

當(dāng) PSUMA[7:0]=8 被設(shè)定，在 64 細(xì)分模式下運(yùn)行 2x8=16 步，即 16/64=1/4 個(gè) sin 周期。同理，在

128 與 256 細(xì)分模式下，同樣是 1/4 個(gè)正弦波周期。

ENDISA 和 ENDISB 分別設(shè)置通道 A 電機(jī)和通道 B 電機(jī)的輸出控制。

當(dāng) ENDISx = 0 時(shí)輸出高阻態(tài)。然而，內(nèi)部的激勵(lì)位置計(jì)數(shù)器在 ENDISxx = 0 仍然保持計(jì)數(shù)。因此，

當(dāng)在正常狀態(tài)下想要停止電機(jī)，設(shè)置 PSUMx[7:0] = 0，而不是設(shè)置 ENDISx = 0。

當(dāng) INTCTA[15:0]=0，只要 PWM 最大占空比不為 0，電機(jī)就保持在釋放時(shí)狀態(tài)。

舉例說明：當(dāng) INTCTA[15:0]=400 時(shí)，64 細(xì)分下每步周期：

12×400/27MHz=0.178ms

因此，每個(gè)正弦波周期為 0.178x64=11.4ms (87.9Hz)；同樣計(jì)算，128 細(xì)分與 256 細(xì)分下也為 11.4ms。

典型應(yīng)用電路圖

1. MS41959 具有背部散熱 PAD，大功率應(yīng)用時(shí)必須接地。

2. 在 OSCIN 管腳(PIN41) 與 OSCOUT(PIN42) 之間，內(nèi)置放大電路與 SMIT 電路，所以 OSCIN 與 OSCOUT

之間可以使用低成本的無源晶振；也可以在 OSCIN 管腳接有源晶振的輸出（OSCOUT 懸空），或者其

他 MCU 的 CLK 輸出。直流輸入與交流輸入幅度要求有差異。

——愛研究芯片的小王

審核編輯 黃宇