在PSoC4平台上开发步进电机控制系统

4. 基于PSoC4的步进电机控制架构及优势

PSoC4片内集成有两个电流数模转换器 （IDAC），分别为最大7位和8位精度。均取为7为精度，因此可以产生最大为128细分的阶梯状正弦波。图5表示由IDAC产生的两路16细分基准正弦波。

图5：16细分基准正弦波

图6为基于PSoC4的步进电机控制架构框图。

图6：步进电机控制框图

对电机的两相电流分别进行采样，经放大和高频滤波后与IDAC产生的电流基准由PSoC4的内部比较器 进行比较，当实际相电流超过基准值时，将由PSoC4关闭驱动电机的PWM输出一个周期，这样就可以迫使电机的实际相电流跟踪IDAC产生的电流基准，实现正弦波细分驱动。

对比PSoC4控制架构于前述的商用方案可以发现，由于PSoC4内部集成了IDAC、可编程的CPLD（UDB）和比较器，因此具备CPLD方案的所有性能与优势，同时其内部的高性能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点。因此，基于PSoC4的步进电机控制方案在性价比上有很大的提高。

5. 基于PSoC4 的步进电机控制设计实例

①控制原理图设计

图7为PSoC Creator环境下的步进电机控制原理图，虚线框内的部分即为依据图4构建的电机相电流细分驱动电路。两路电流独立控制,相位相差90。。内部低功耗比较器的同向端接电机向电流经采样、放大和滤波后的电压信号；反向端节内部IDAC输出的细分正弦信号。比较器输出高电平将关闭TCPWM一个周期，迫使电机相电流跟踪IDAC的电流基准波形，实现步进电机的细分驱动控制。

图中的定时器用于设计细分步长，通过在软件中修改其周期值可以实时改变电机的转速。图中的ADC可以读入模拟的速度输入信号，作为电机的给定转速。

图7：步进电机控制原理图

②控制系统软件设计

1）主程序设计

控制主程序首先初始化和配置PSoC4的内部资源，在主循环中检测用户的起停命令和速度给定，决定运行或锁定步进电机。图8为控制主程序的流程图。

图8：主程序流程图