專(zhuān)利名稱(chēng)：驅(qū)動(dòng)和控制三組步進(jìn)電機(jī)的集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制，具體的說(shuō)是涉及一種驅(qū)動(dòng)和控制三組步進(jìn)電機(jī)的集成電路。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)發(fā)展逐漸多樣化，而對(duì)電機(jī)的位置控制要求越來(lái)越高， 伺服電機(jī)，無(wú)刷電機(jī)，盤(pán)式電機(jī)等均得到廣泛的應(yīng)用，伺服電機(jī)、無(wú)刷電機(jī)、盤(pán)式電機(jī)等在位置的精確控制上采用傳感器技術(shù)將采樣得到的位置信息模擬信號(hào)并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給控制端，與控制端設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較來(lái)完成電機(jī)的精確定位，在這個(gè)過(guò)程中模擬信號(hào)的大量存在在一定程度上影響控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；信號(hào)處理電路的存在以及控制參數(shù)的設(shè)計(jì)造成了控制的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種驅(qū)動(dòng)和控制三組步進(jìn)電機(jī)的集成電路，是使用步進(jìn)電機(jī)來(lái)提高控制的穩(wěn)定性，減小控制系統(tǒng)的復(fù)雜性并實(shí)現(xiàn)位置上的精確定位。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明包括USB接口模塊、主控制器、三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片相對(duì)應(yīng)組數(shù)的兩相步進(jìn)電機(jī)、與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)組數(shù)的開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器、以及低壓差線性穩(wěn)壓器；USB接口模塊的一端與PC機(jī)連接，USB接口模塊的另一端經(jīng)主控制器、三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片與三組兩相步進(jìn)電機(jī)連接；三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的一端與外部電源連接，三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的另一端分別與各組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片連接；低壓差線性穩(wěn)壓器分別為USB接口模塊、主控制器和三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提供所需電壓。所述三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片分別由第一組5個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片、第二組10個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片和第三組5個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片組成；三組兩相步進(jìn)電機(jī)分別由第一組5個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)、第二組10 個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)和第三組5個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)組成。所述USB接口的DM、DP與USB轉(zhuǎn)串口芯片的USBDM、USBDP相連，將串行通信轉(zhuǎn)換為USB通信，USB轉(zhuǎn)串口芯片的接收數(shù)據(jù)信號(hào)RXD與發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)T)(D分別與主控制器的 PC2、PC3相連，用于PC機(jī)與主控制器之間的數(shù)據(jù)傳送，USB接口經(jīng)二極管提供5V電壓并與低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端Vin以及USB轉(zhuǎn)串口芯片的VCC相連，為USB轉(zhuǎn)串口芯片提供工作電壓，輸出端Vout與USB轉(zhuǎn)串口芯片的VCCI0、主控制器的VCC、三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的VDD、VREF相連，提供所需電壓。所述主控制器通過(guò)I/O 口與三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片相連，每?jī)蓚€(gè)I/O引腳與一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片相連，PE6、PE7、PF6、PF7、PH0-PH7、PJ0-PJ7與三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的轉(zhuǎn)向信號(hào)線DIR相連，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，PC4、PC5、PD0-PD5、PE0-PE5、PF0-PF5與三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的脈沖信號(hào)線STEP相連，控制步進(jìn)電機(jī)的位置，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的0UT1A、0UT1B、 0UT2A、0UT2B與兩相四線步進(jìn)電機(jī)相連，驅(qū)動(dòng)芯片的最大輸出為35V電壓、2. 5A電流，通過(guò)設(shè)定驅(qū)動(dòng)芯片SENSEl和SENSE2上的電阻R17、R21的值來(lái)限制流經(jīng)電機(jī)繞組的電流大小。所述三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器為三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提供工作電壓，三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的輸入引腳VIN與外部提供的電源相連，輸出引腳VOUT分別與三組步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片的VBBl和VBB2相連，通過(guò)選擇不同的外部電阻R1、R2，電容C1、C5、C6以及電感Ll的值來(lái)輸出三組步進(jìn)電機(jī)所需的電壓。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是1.在開(kāi)環(huán)狀態(tài)就能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)精確的位置控制，省去了位置傳感器及其信號(hào)處理電路；沒(méi)有控制參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題并且接線簡(jiǎn)單。2.可以同時(shí)控制三組步進(jìn)電機(jī)同時(shí)工作，運(yùn)行平穩(wěn)，并且控制的實(shí)時(shí)性好。因此，本發(fā)明采用集成電路能夠滿足驅(qū)動(dòng)和控制三組步進(jìn)電機(jī)的性能。


圖1是本發(fā)明的基本組成示意圖。圖2是本發(fā)明的USB接口模塊電路3是本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)控制電路圖。圖中1. USB接口模塊，2.主控制器(ATxmegal28Al-AU)，3.三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(A3977)，4.三組兩相步進(jìn)電機(jī)，5.三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器(lm2596)，6.低壓差線性穩(wěn)壓器 (ASl 117-3. 3V)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示，本發(fā)明包括USB接口模塊1、主控制器2、三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片3、與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片3相對(duì)應(yīng)組數(shù)的兩相步進(jìn)電機(jī)4、與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片3對(duì)應(yīng)組數(shù)的開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器5、以及低壓差線性穩(wěn)壓器6 ；USB接口模塊1的一端與PC機(jī)連接，USB接口模塊 1的另一端經(jīng)主控制器2、三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片3與三組兩相步進(jìn)電機(jī)4連接；三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器5的一端與外部電源連接，三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器5的一端分別與各組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片3連接，低壓差線性穩(wěn)壓器6分別為USB接口模塊1、主控制器2和三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片3提供所需電壓。通過(guò)USB接口模塊1接收PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，主控制器2處理數(shù)據(jù)發(fā)送脈沖信號(hào)和方向信號(hào)控制三組兩相步進(jìn)電機(jī)4定位以及正、反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；由開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器5為三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片3提供不同的工作電壓；由低壓差線性穩(wěn)壓器6為三組步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片3提供參考電壓和邏輯電壓以及為USB接口模塊1和主控制器2提供所需電壓。所述三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片3分別由第一組5個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片、第二組10個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片和第三組5個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片組成；三組兩相步進(jìn)電機(jī)4分別由第一組5個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)、第二組 10個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)和第三組5個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)組成。 如圖2、圖3所示，所述USB接口模塊1包括USB接口和USB轉(zhuǎn)串口芯片，USB接口的DM、DP與DM、DP與USB轉(zhuǎn)串口芯片的USBDM、USBDP相連，將串行通信轉(zhuǎn)換為USB通信， 通過(guò)USB接口接收PC機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包含20個(gè)步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)號(hào)、 轉(zhuǎn)向以及位置信息。USB轉(zhuǎn)串口芯片的接收數(shù)據(jù)信號(hào)RXD與發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)TXD分別與主控制器的PC2、PC3相連，用于PC機(jī)與主控制器之間的數(shù)據(jù)傳送，USB接口經(jīng)二極管Fl提供5V 電壓并與低壓差線性穩(wěn)壓器6的輸入端Vin以及USB轉(zhuǎn)串口芯片的VCC相連，為USB轉(zhuǎn)串口芯片提供工作電壓，輸出端Vout與USB轉(zhuǎn)串口芯片的VCCI0、主控制器1的VCC、三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片3的VDD、VREF相連，提供所需電壓。如圖3所示，圖中以第一組驅(qū)動(dòng)芯片中第一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)第一組兩相步進(jìn)電機(jī)中的一個(gè)步進(jìn)電機(jī)為例，PC4與驅(qū)動(dòng)芯片的STEP相連，PE6與驅(qū)動(dòng)芯片的WR相連。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的0UT1A、0UT1B、0UT2A、0UT2B與兩相步進(jìn)電機(jī)相連。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作原理， 主控制器2發(fā)出脈沖信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片后依次送入步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電機(jī)一步一步的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)確定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向WR時(shí)，通過(guò)STEP發(fā)送脈沖信號(hào)，每發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)相對(duì)的轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步進(jìn)角，根據(jù)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)向和脈沖數(shù)，以達(dá)到要求的位置。驅(qū)動(dòng)芯片的最大輸出為35V電壓、2. 5A電流，通過(guò)設(shè)定驅(qū)動(dòng)芯片SENSEl和SENSE2 上的電阻R17、R21的值來(lái)限制流經(jīng)電機(jī)繞組的電流大小。如圖3所示，圖中以一個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器與第一組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片中第一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片相連為例，開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的輸入引腳VIN與外部提供的電源相連，輸出引腳VOUT 分別與步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片的VBBl和VBB2相連，通過(guò)選擇外部電阻Rl、R2，電容Cl、C5、 C6以及電感Ll的值來(lái)輸出步進(jìn)電機(jī)所需的電壓。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)和控制三組步進(jìn)電機(jī)的集成電路，其特征在于包括USB接口模塊(1)、主控制器(2)、三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3)、與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3)相對(duì)應(yīng)組數(shù)的兩相步進(jìn)電機(jī)(4)、與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3)對(duì)應(yīng)組數(shù)的開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器(5)、以及低壓差線性穩(wěn)壓器(6) ；USB接口模塊(1)的一端與PC機(jī)連接，USB接口模塊(1)的另一端經(jīng)主控制器(2)、 三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3)與三組兩相步進(jìn)電機(jī)(4)連接；三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器(5)的一端與外部電源連接，三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器(5)的另一端分別與各組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3) 連接，低壓差線性穩(wěn)壓器(6)分別為USB接口模塊(1)、主控制器(2)和三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片⑶提供所需電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動(dòng)和控制三組步進(jìn)電機(jī)的集成電路，其特征在于所述三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3)分別由第一組5個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片、第二組10個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片和第三組 5個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片組成；三組兩相步進(jìn)電機(jī)(4)分別由第一組5個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)、第二組10個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)和第三組5個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動(dòng)和控制三組步進(jìn)電機(jī)的集成電路，其特征在于所述USB接口的DM、DP與USB轉(zhuǎn)串口芯片的USBDM、USBDP相連，將串行通信轉(zhuǎn)換為USB通信， USB轉(zhuǎn)串口芯片的接收數(shù)據(jù)信號(hào)RXD與發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)TXD分別與主控制器的PC2、PC3相連， 用于PC機(jī)與主控制器之間的數(shù)據(jù)傳送，USB接口經(jīng)二極管提供5V電壓并與低壓差線性穩(wěn)壓器(6)的輸入端Vin以及USB轉(zhuǎn)串口芯片的VCC相連，為USB轉(zhuǎn)串口芯片提供工作電壓， 輸出端Vout與USB轉(zhuǎn)串口芯片的VCCI0、主控制器(2)的VCC、三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3) 的VDD、VREF相連，提供所需電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動(dòng)和控制三組步進(jìn)電機(jī)的集成電路，其特征在于所述主控制器⑵通過(guò)I/O 口與三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3)相連，每?jī)蓚€(gè)I/O引腳與一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片相連，PE6、PE7、PF6、PF7、PH0-PH7、PJO-PJ7與三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3)的轉(zhuǎn)向信號(hào)線DIR相連，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，PC4、PC5、PD0-PD5、PE0-PE5、PF0-PF5與三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3)的脈沖信號(hào)線STEP相連，控制步進(jìn)電機(jī)的位置，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3)的 0UT1A、OUTIB, 0UT2A、0UT2B與兩相四線步進(jìn)電機(jī)相連，驅(qū)動(dòng)芯片的最大輸出為35V電壓、 2. 5A電流，通過(guò)設(shè)定驅(qū)動(dòng)芯片SENSEl和SENSE2上的電阻R17、R21的值來(lái)限制流經(jīng)電機(jī)繞組的電流大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動(dòng)和控制三組步進(jìn)電機(jī)的集成電路，其特征在于所述三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器(5)為三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(3)提供工作電壓，三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器(5)的輸入引腳VIN與外部提供的電源相連，輸出引腳VOUT分別與三組步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片⑶的VBBl和VBB2相連，通過(guò)選擇不同的外部電阻R1、R2，電容C1、C5、C6以及電感Ll的值來(lái)輸出三組步進(jìn)電機(jī)所需的電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種驅(qū)動(dòng)和控制三組步進(jìn)電機(jī)的集成電路。它由USB接口模塊、控制器、三組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、三組兩相步進(jìn)電機(jī)、三個(gè)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器及低壓差線性穩(wěn)壓器組成。主控制器為AVR系列單片機(jī)，通過(guò)USB接口模塊與上位機(jī)PC相連，接收由上位機(jī)PC發(fā)送的數(shù)據(jù)，主控制器處理數(shù)據(jù)發(fā)送脈沖信號(hào)和方向信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片控制步進(jìn)電機(jī)精確定位以及正、反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；通過(guò)開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提供工作電壓；通過(guò)低壓差線性穩(wěn)壓器為驅(qū)動(dòng)芯片提供參考電壓和邏輯電壓以及為USB接口模塊和主控制器提供工作電壓。本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制的集成電路，只需開(kāi)環(huán)控制就能達(dá)到較高的位置精度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制、并且實(shí)時(shí)性好。
文檔編號(hào)H02P8/40GK102291075SQ20111017526
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者于世光, 付園, 楊文珍, 秦聰, 章華, 陳廣文, 陳文華 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)