TMC428應用電路及3軸步進電機控制器的原理

       TMC428一般從微處理器獲得控制指令,微處理器則通過發(fā)送和接收固定長度的數(shù)據(jù)包對TMC428寄存器和RAM進行讀寫操作。TMC428的寄存器和片內(nèi)RAM的功能有所不同。寄存器用于存儲電機總體配置參數(shù)和運動參數(shù),而片內(nèi)RAM用于存儲 驅動串行接口的配置和微步表。電機總體參數(shù)是指對驅動器菊花鏈中TMC236的配置。運動參數(shù)包括各電機的當前位置、目標位置、最大速度、最大加速度、電流比例、波形發(fā)生器和脈沖發(fā)生器參數(shù)以及微步細分分辨率等。片內(nèi)RAM包括64個地址的數(shù)據(jù)空間,每個地址可存儲24位寬的數(shù)據(jù),前32位地址數(shù)據(jù)是對驅動器菊花鏈串行通信數(shù)據(jù)包的配置,后32位地址的數(shù)據(jù)為微步細分表。

       初始化以后,TMC428即可自動發(fā)送數(shù)據(jù)包到菊花鏈的每個TMC236,也就是說,驅動串行接口經(jīng)過初始化后便可以自動工作,而不需要微處理器的參與。只要把位置、速度寫進指定的寄存器就可以控制電機。TMC428的多口RAM控制器可管理數(shù)據(jù)的存取時序。這樣,微處理器就可以在任何時間讀寫寄存器和片內(nèi)RAM的數(shù)據(jù)。

       通過波形發(fā)生器可以處理存儲在寄存器里的運動參數(shù)并計算電機運動速度曲線。脈沖發(fā)生器則根據(jù)波形發(fā)生器計算得到的速度來產(chǎn)生步進脈沖。步進脈沖產(chǎn)生時TMC428的驅動串行接口將自動發(fā)送數(shù)據(jù)包給步進電機驅動器菊花鏈以驅動步進電機。當采用微步控制時,微步單元即開始處理根據(jù)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的步進脈沖,同時根據(jù)選擇的微步分辨率來產(chǎn)生全步、半步和微步脈沖,并通過驅動串口送給驅動器菊花鏈。

       驅動串行接口是TMC428與驅動器菊花鏈之間的通信接口。從TMC428到驅動器之間的串行數(shù)據(jù)包的長度是可配置的,以適應由不同類型和廠家的電路構成的SPI環(huán)形結構,最大數(shù)據(jù)長度為64bit。初始化后,TMC428與步進電機驅動器之間的通信是自動完成的。不同類型的帶有SPI接口的驅動器都可以混合構成菊花鏈結構與TMC428進行連接。

       4 應用

       4．1 兼容性

       TMC428與大多數(shù)廠商生產(chǎn)的步進電機驅動電路兼容。它可以直接連接帶有SPI口的步進電機驅動器,也可以通過附加的器件連接常用的并口驅動器。甚至帶有步進、方向輸入的步進電機驅動器也可以由TMC428來控制。將步進電機驅動電路TMC236非常簡單地連接成串行菊花鏈結構,用TMC428構成3軸步進電機控制系統(tǒng)進行控制可更好地發(fā)揮TMC428的特點。

　　4．2 狀態(tài)檢測

       實時監(jiān)測電機運行狀態(tài)對整個系統(tǒng)的安全和控制是很重要的,TMC428就提供有狀態(tài)檢測功能。每次每處理器發(fā)送數(shù)據(jù)包給TMC428的同時,TMC428會返回數(shù)據(jù)給微處理器。大部分帶有串行口的電機驅動電路都提供有不同的狀態(tài)位（工作,不工作等）和錯誤標志（短路,開路,溫度過高等）。這樣,TMC428就可以在任何時候提供當前電機的運動參數(shù)和工作模式以及各狀態(tài)位。從電機驅動菊花鏈返回給TMC428的數(shù)據(jù)包有48bit長。TMC428將其放在二個24bit的寄存器中。這樣,微處理器就可以直接讀取這些寄存器里的信息。

       5 系統(tǒng)構成的應用

       筆者采用DSP作為系統(tǒng)的微處理器,結合TMC428和TMC236構成步進電機驅動控制系統(tǒng)。TMC236內(nèi)部集成了HVCMOSFET構成的雙全橋驅動電路,它采用恒流斬波

驅動方式來驅動雙極性二相步進電機,并具有功耗低、效率高的特點。圖3所示就是3個TMC236構成3軸電機驅動器并由TMC428進行控制的原理電路圖。
          

       由圖3可見,采用專用步進電機運動控制器和驅動電路組成的系統(tǒng)具有外圍電路簡單、系統(tǒng)抗干擾能力強和可靠性高等優(yōu)點,可減少控制電路的開發(fā)成本。整個系統(tǒng)除了電源之外只有5個IC,因此,體積小,控制簡單,特別適用于3軸步時電機的驅動。實驗證明該驅動器控制的步時電機定位精度高,加、減速性能良好,同時,啟停、反轉性能也很優(yōu)良。