UC3717对二相步进电机的控制

UC3717对二相步进电机的控制胡涛，程明霄（南京工业大学自动化学院，江苏南京210009）控制二相步进电机运转的驱动程序。UC3717是一种用来驱动二相步进电机的**芯片，它根据信号发生电路产生的信号和信号的频率，产生驱动二相步进电机的驱动信号，从而控制电机的运行。步进电机的运行状态有转动和锁定，控制其运行的程序为步进电机驱动程序可以通过设定初值达到控制电机运转的目的。


 1 UC3717驱动电路的功能简介UC3717是一种用来驱动二相步进电机的**芯片。它由可控制逻辑输入端，电流传感器，含有内置式保护二极管的单稳态输出端组成。两片UC3717和一些外部元件可以组成一个完备的二相步进电机驱动系统。


 步进电机由于其电气特性，运转时会有步进感，即震动感，为了使电机转动平滑，减小震动，采用AD7528为核心的D/A转换电路，产生细分电压，使UC3717输出细分驱动电流，可以减小步进电机的步进角，提高电机运行的平稳性。


 在步进电机停转时，为了防止因惯性或颠簸电机轴产生顺滑，对步进电机输入合适的锁定波形，产生锁定磁力矩，锁定电机的转轴，使步进电机的转轴不能自由转动。


 单片机，有着丰富的硬件和软件资源。采用80C196KC实现对UC3717驱动电路的控制，可以有效地产生驱动二相步进电机的二相八拍驱动波形，以及80C196KC高速输出器输出的锁定波形，从而可以有效地实现对二相步进电机的控制。


 2硬件设计2.1UC3717驱动电路16封装的16管脚UC3717.是由两片3717组成的驱动电路。


 UC3717逻辑输入端在开路时，被认为是高电平输入，下面详细介绍3717的功能特性。


 3717的换相输入端为管脚8，它控制着二相步进电机绕组电流的方向，内置的施密特触发器产生换相延时，可以有效的消除电流换相时输出管脚电流噪音干扰。


输出端为管脚1和管脚15内置有四片达林顿晶体管Q1~Q4与续流二极管组成H型电桥结构，如当换相输入端为低电平时，Q2、为高电平时，Q1、Q4开电流换相时，相应晶体管组（如Q2、Q3）被关断，由于电机绕组电感-产生感应电势，电流不UC3717内置晶体管Q1~Q1能立即减小为0将流过续流二极管，这样就可确保电流换相时，绕组感应电流通过续流二极管组成的环行通路减小至0.电流选择端由二个输入逻辑控制端10和11组成，它们对应的管脚分别为管脚9和7.通过对10、11的逻辑控制，可以选通片内相应的电压比较器，选择相应比例的电压，同时选通电流开关运算器，达到控制步进电机绕组电流的目的。另一控制电流的装置是片内电流开关运算器，运算器控制着Q3、Q4的开关时间，从而控制电机绕组平均电流的大小。开关时间取决与管脚2的外接电阻和电容时间常数电路，当电流开关运算器被选通后，根据开关的时间常数，控制Q3、Q4的开关，关断时间常数公式为：Tf=0.69RtCt.绕组电流同时受控于管脚16的外接电阻Rs它实际是Q3、Q4发射较的外接电阻。


 管脚11为3717提供总电压端。


电机绕组的驱动电流从0增大，管脚16上的外接电阻产生分压Vrs Vrs通过低通电路的电阻Re加压与管脚1绕组电流波形图当Vrs增大**过内置电压比较器的门限电压时，将关断电流开关运算器，电流开关运算器产生信号关断晶体管Q3或Q4绕组电流将通过续流二极管组成的环行通路里续流，电流逐渐减小，Vrs也随之减小，当小于门限电压时，电流开关运算器开启，此过程周而复始重复，直至绕组电流被要求反相。当换相输入端管脚8被输入逻辑信号要求换相时，开启的晶体管被关断，关断的一组晶体管将被开启，此时绕组电流减小至0，再反向增大。典型的绕组电流波形如所示。


 是以74LS194为核心的逻辑电路，为中的3717驱动电路提供所需脉冲和二相八拍的驱动波形其中输入端的T/R为电机正反控制端；CLK为HOS.4发出的时钟脉冲。PHASE端为步进电机绕组电流的正反向控制端。


74LS194逻辑电路输出的二相八拍驱动波形如所74LS194逻辑电路驱动3717的二相八拍波形2.2单片机系统电路80C196KC的状态周期是由振荡器信号经2分频后获得。当采用16MHz晶体时，一个状态周期只有125ns工作速度比51单片机要提高数倍。其外部总线宽度为8/16位可选，而内部总线宽度总是16位的。较显着的特点是：80C196KC中的算术逻辑单元没有采用常规的累加器结构。CPU的操作直接面向512字节的寄存器，消除了一般CPU存在的累加器瓶颈效应，大大提高了操作速度和数据吞吐能力，可为多个中断服务程序中的局部变量*专门的寄存器，免除中断服务过程中保护寄存器现场和恢复寄存器现场所增加的软件开销，并给程序设计带来方便。它有一套执行速度更快、效率更高的指令系统，可对带符号数和不带符号数进行操作，片内具有为设事服务器PTS专门用于处理外设中断事务，大大减少了CPU的软件开销。其内置的外设有8通道转换速度和位数（位和10位）可调的A/D转换器，三路脉宽调制输出（PWM），高速输入/输出器（HSIO）等。


 由于80C196KC的上述优点，可以在驱动步进电机运转的基础上，开发出用户所需的各种不同的功能。以下部分简单介绍其用作驱动UC3717电路，即驱动步进电机的功能。


 高速输出HSO口冲中断，产生脉冲序列CLK，为驱动步进电机电路的时间序列，并在其上升沿和下降沿产生软件定时器中断，产生中断嵌套，进行步进电机步进角的细分，使电机转动平滑，避免震动或抖动。细分可软件设定，本系统采用16步细分。


 如果在步进电机运行过程中，由于颠簸、冲撞和惯性，在电机停转时，步进电机转轴会因为上述因素而发生偏转，影响运行位置的准确性。因此，在电机停转时，要给电机转轴一个锁定力矩，锁定电机主轴。


二相步进电机A、B相绕组同时通恒定不变的电流，转子转到两个磁拉力平衡时，锁定不动。UC3717的7、9脚为控制输出驱动电流端，当7、9脚都为“（”‘时，3717的人0、80端输出较大平均电流，为“1时，输出电流为0.HSO.0~HSO.3分别连接两片3717的7、9脚，在电机静止时，可控制步进电机绕组输入电流的大小，在电流安全范围内，调整出合适的HSO.0~HSO.4的波形用来控制步进电机转轴的锁定。


 口P1口的数值主要用来作为步进电机运行方式控制的输出位。由逻辑电路可以软件控制步进电机的复位、正反转以及锁定。其中，控制步进电机限位的P1.6口的信号，经逻辑电路接到P2.2位，P2.2为外部中断位，发生中断时，执行限位中断服务程序。


 2.3细分生成电路D/A转换电路的作用是为步进电机的驱动电路提供电压，电压不是固定的，是为了产生驱动步进电机细分梯形电流波形。


 由于80C196KC系列单片机可16位寻址，因此地址总线AD7528D/A转换电路MA0~MA15中的MA0可用作中7528的A或B通道选择信号。外部RAM扩展2片6264总线MA14MA15通过逻辑电路用作数据存储器6264的片选信号，由80C19QCC给出D/A的数字量值，输出VouA~VouiB的模拟量电压值接入两片UC3717驱动电路Vr端（管脚11）作为电压和进行细分。


 3软件设计软件设计主要是产生驱动电路所需的驱动波形以及二相八拍的步进电机驱动信号。步进电机的运转状态是转动和锁定。


 软件部分主要包括初始化部分和步进电机运转部分。


 初始化包括初值的设定，各个寄存器标志的设定，寄存器窗口的选择，等等；运转部分包括电机转动和锁定。可以通过设定初值达到控制电机运转的目的。


 所示。


 步进电机运转及锁定程序设计利用80C196IKC高速输出器HSO的功能特性，其功能的实现不占用CPU的开销。以下为实现该功能的部分程序代电机运行程序流程启动hso.码：电机锁定HSO波形代码：4结束语UC3717是一种**的驱动二相步进电机的芯片，由于其外部结构简单体积小，功能强，反应灵敏，价格便宜的特点，经过简单的外部电路设计，可广泛地应用于步进电机的驱动。


 16位单片机80C 196KC，充分运用其高速输出器HSO的不占用CPU开销的特色，产生信号波形精确，对步进电机的UC3717驱动电路可以进行有效地控制，编写出的步进电机运行程序，可作为子程序调用，通过设定初值达到控制电机运转的目的，在此基础上，利用80C196KC功能强大的特性，可以开发出各种不同的使用功能。