基于A3972的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

　　摘要：本文介紹一種基于A3972的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)，給出了驅(qū)動(dòng)模塊的控制接口，內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)。

　　關(guān)鍵字：步進(jìn)電機(jī);驅(qū)動(dòng)模塊;A3972;PWM;細(xì)分

　　引言

　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行器件，廣泛用于各種類型的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它是一種將離散的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，是一種輸出與輸入脈沖對(duì)應(yīng)的增量驅(qū)動(dòng)元件。然而由于其步距角較大，往往滿足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求，因此實(shí)現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)是減小步距角、提高步進(jìn)分辨率、增加電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性的一種行之有效的方法。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，往往要求電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中在轉(zhuǎn)速滿足要求的同時(shí)，力矩要足夠大，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速與力矩恰是一對(duì)矛盾體，轉(zhuǎn)速相同時(shí)電機(jī)的起動(dòng)力矩要小于運(yùn)行力矩，所以實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)電機(jī)負(fù)載力矩來確定啟動(dòng)頻率與運(yùn)行頻率。

　　本文將給出一種基于A3972驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)，以滿足實(shí)際生產(chǎn)中精密定位的需求，并給出一個(gè)合理的加速曲線，以解決電機(jī)的啟動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速的矛盾。

　　A3972控制芯片

　　A3972是Allegro公司的64細(xì)分雙DMOS全橋微步距PWM步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路，CPU可通過時(shí)鐘、數(shù)據(jù)、選通3線串口對(duì)其進(jìn)行控制，包括步進(jìn)電機(jī)的方向、速度、步進(jìn)法(細(xì)分)的設(shè)置。控制指令以串行數(shù)據(jù)形式通過兩個(gè)字的格式寫入，一個(gè)為橋電流數(shù)據(jù)字，一個(gè)為控制時(shí)間數(shù)據(jù)字。它的工作電壓可達(dá)50V，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)1.5A，一個(gè)A3972即可驅(qū)動(dòng)一臺(tái)二相步進(jìn)電機(jī)。

　　A3972具有優(yōu)良的特性，芯片內(nèi)部的SPWM電流控制電路可通過串口設(shè)置其工作在整步、半步、1/4步等，最多可至1/64步，每一步的負(fù)載電流可以按最大值的1.56%增量進(jìn)行設(shè)置。其特有的電流慢、快、混合等3種電流衰減模式可以使步進(jìn)電機(jī)工作在不同的負(fù)載和轉(zhuǎn)速下，而且都能獲得較理想的電流波形。另外，它易于與單片機(jī)接口，控制方式靈活。

　　A3972的功率驅(qū)動(dòng)采用DMOS結(jié)構(gòu)及高速SPWM開關(guān)模式，因此功耗極小，基本可不用散熱器，可降低成本(去除散熱器)和體積。

　　A3972還能提供完善的保護(hù)措施，其中包括抑制瞬態(tài)電壓、過熱保護(hù)、防止電流直通、欠電壓自鎖等功能。因此，A3972不失為一種高性能的串行控制步進(jìn)電機(jī)微步距驅(qū)動(dòng)器。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)是應(yīng)用于本研究所研發(fā)的自動(dòng)收發(fā)卡機(jī)的收發(fā)卡機(jī)構(gòu)。根據(jù)使用需求，整體系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，大致可以分為控制部分、驅(qū)動(dòng)部分、切換部分及電源部分。

　　如圖1所示，系統(tǒng)主要由控制、驅(qū)動(dòng)、切換及電源四部分組成。