采用MCU和DSP實現(xiàn)基于USB的4步進電機控制器設(shè)計

USB的眾多便利使設(shè)計師能將該總線用于許多應(yīng)用。例如，圖中顯示的是一個利用現(xiàn)成的便宜器件搭建的基于USB的4步進電機控制器。該電路采用MCU和DSP。它利用簡單邏輯電路和應(yīng)用軟件控制步進電機的選擇、其順/逆時針的運行方向以及三種步進幅度：全步、半步和微步。

該設(shè)計基于一個USB轉(zhuǎn)FIFO的并行接口模塊（IC1）。這款名為DLP-USB245M的模塊提供8位雙向數(shù)據(jù)總線和諸如WR、RD、RXF和TXE等控制信號，利用這些信號控制PC和任何采用USB協(xié)議的外接電路的數(shù)據(jù)流。

利用該模塊免去了需應(yīng)付繁瑣的USB接口的工作。另外，該模塊帶可通過高級語言容易快速地控制模塊功能的驅(qū)動器軟件，從而無需太多牽掛USB協(xié)議。

該控制器電路的其余部分包括諸如8D觸發(fā)器（74LS273）、反向器（7416）和3/8譯碼器以及達林頓陣列驅(qū)動器（ULN2003）等通用數(shù)字器件。USB轉(zhuǎn)FIFO模塊采用外接5V供電，5V接至腳3、10和11。

其工作過程如下：當(dāng)PC不向USB轉(zhuǎn)FIFO模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時，IC1的發(fā)送緩存器為空，且RXF保持邏輯1。這使得D觸發(fā)器（IC2）的RD和CLK為邏輯0，所以，IC2的輸出保持不變。但，若PC向USB轉(zhuǎn)FIFO模塊接收緩存器發(fā)送一個字節(jié)，則RXF被拉低，自動指示最少有1字節(jié)數(shù)據(jù)可用。

經(jīng)過短暫延時后，它將RD和CLK信號置1，且發(fā)送緩存器的數(shù)據(jù)字節(jié)輸出（出現(xiàn)在D0-D7）在IC2的輸出被鎖存。一旦數(shù)據(jù)傳輸完成且如果發(fā)送緩存器為空，RXF返回邏輯1。這意味著沒更多數(shù)據(jù)可用。此舉，又將RD置為邏輯0，以便能進一步傳輸數(shù)據(jù)。

鎖存數(shù)據(jù)低4位（IC2的Q0-Q3）驅(qū)動其它4個8D觸發(fā)器（74LS273），而Q4和Q5控制3/8譯碼器（IC3）。在反向后，譯碼器的輸出（A‘、B’、C‘、D’）作為IC4-IC7的時鐘。達林頓陣列驅(qū)動器（IC8-IC11）放大IC4-IC7的輸出，以便它們可驅(qū)動步進電機線圈。這樣，通過向IC1寫入一個正確字節(jié)，PC可選擇4個步進電機之一并如愿驅(qū)動其電機線圈。

例如，當(dāng)PC向USB轉(zhuǎn)FIFO模塊發(fā)送數(shù)據(jù)0x0A時，步進電機1被選且其線圈以L1 L2 L3 L4 = 1 0 1 0的模式得電。為使步進電機1前轉(zhuǎn)一步，PC發(fā)送的下一個字節(jié)是0x09；若想使其反轉(zhuǎn)，PC發(fā)送0x06。

表中列出的是控制4個步進電機以全步運行的字節(jié)值。通過適當(dāng)變化，用戶可以半步和微步操控電機。數(shù)據(jù)字節(jié)寫入的速率——也即，連續(xù)數(shù)據(jù)的寫入間隔——控制步進電機的速度。

除電流放大器和USB-FIFO轉(zhuǎn)換器外，分立器件可用CPLD/FPGA實現(xiàn)?？梢远喾N方式開發(fā)電機控制軟件。你可采用C或VB或類似LabVIEW等圖形程序。若采用與IC1一道提供的VCP（虛擬COM端口）驅(qū)動器軟件（免費下載），應(yīng)用程序?qū)⒁昒SB步進電機控制器模塊為另一個COM口。但，設(shè)置波特率的指令將被忽略且數(shù)據(jù)將以最快的速度被發(fā)送（而不管應(yīng)用的波特率設(shè)置）。你還可采用Windows提供的D2XX直接驅(qū)動器，這樣，你就可直接控制各項操作，比如“FIFO_寫”等。

為對電路功能進行基本測試，你既可利用提供的DLPTEST應(yīng)用軟件或簡單借助諸如Hyperterminal等串口程序來不斷發(fā)送所需字節(jié)。在此展示的設(shè)計采用12和5V外接電源。所以，你必須留意，當(dāng)關(guān)閉PC或USB集線器（若使用）時，USB總線內(nèi)的電流也被關(guān)斷。

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