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在HCS08系列MCU上用软件实现仪表步进电机的驱动

作者:傅志强 飞思卡尔半导体成都分公司时间:2010-05-21来源:电子产品世界收藏

  电机转动的加减速

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/109228.htm

  在转动时,因为转子、传动齿轮和负载的转动惯量,使它从一个位置转动到下一个位置(一个分步或微步)需要一定的时间。如果在转子转动到下一个位置之前,驱动信号就又往前走了一步的话,那么转子的磁场方向和定子线圈产生的气隙磁场方向之间的夹角就会超过一个分步或微步所对应的角度。只要转子的旋转速度跟不上驱动信号的变化速度,这个夹角就会越来越大,当夹角超过180°时,磁场对转子的作用力的方向就会变得跟原来的方向相反。结果就是转子所转过的角度和气隙磁场所转过的角度不相等了,也就是转子所转过的步数和驱动信号走过的步数不相等了,人们常把这种现象叫做“失步”。同样的,当要使从高速的旋转中停下来的时候,如果驱动信号的变化过快,转子就有可能在惯性的作用下继续旋转超过180°,从而也产生失步。另外,由于转子轴承、传动齿轮和负载上都有一定的摩擦阻力,因此电机在连续转动时的速度也是有限的,如果驱动信号的变化速度超过了电机能达到的最大转速的话,电机也会失步。

  那么,如果让驱动信号一直保持较慢的变化速度,是不是就没有问题了呢?答案当然是否定的。这是因为作为仪表的显示部件,我们要求它能够将被测信号的变化实时地显示出来;而电机转动如果比较慢,那么仪表的显示就无法跟上被测信号的变化。

  为了让步进电机既不会失步,又能转得尽可能快,那么就要让驱动信号

的变化速度和转子转动的速度保持基本一致。当电机启动的时候,转子做加速转动,这时第一步的持续时间要比较长,然后每一步的持续时间逐渐变短,对应的转动速度变化如图3所示。电机停止的过程则与之相反。在VID29系列步进电机的数据手册上给出了电机启动/停止时允许的驱动信号的变化速度(启动频率)和电机连续转动时允许的驱动信号的变化速度(最大驱动频率),我们可以根据它们计算出第一步的持续时间和加速过程结束后的每一步的持续时间。

  步进电机和的硬件连接

  在LG32 Cluster Reference Design中,和步进电机之间的连接如图4所示。其中使用了一片74ACT125作为电流放大驱动,这是因为MC9S08LG32的I/O口输出的电流最大只有10mA,而VID29步进电机需要的驱动电流最大可达20mA。使用TPM模块的两个PWM输出通道驱动步进电机两个线圈的正极,两个普通I/O口驱动两个线圈的负极。TPM模块的两个通道也可以设置成普通I/O口,这样就可以根据需要使用微步方式驱动或者分步方式驱动。

  在MC9S08LG32中集成了两个TPM模块,其中TPM1有2个通道,TPM2有6个通道。在这里选择TPM1来驱动步进电机,是因为当把一个TPM模块的某一个通道设置为PWM输出时,此TPM模块公用的模数(MOD)寄存器将被设成一个比较特殊的值,这样就会给它的其它通道的功能使用造成很多限制。所以为了更加充分地利用的资源,这里选择了通道较少的TPM1,而把通道较多的TPM2留作他用。

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