二相步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片TA8435H及其應用

摘要：TA8435H是東芝公司推出的一款單片步進(jìn)電機專(zhuān)用驅動(dòng)芯片。文中介紹了該芯片的特點(diǎn)、引腳功能和工作原理，給出了采用89C51和82C53作為控制核心驅動(dòng)步進(jìn)電機的具體電路和相關(guān)程序代碼。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機；TA8435H；細分驅動(dòng)；82C53；89C51

１　主要特點(diǎn)

ＴＡ８４３５Ｈ是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細分二相步進(jìn)電機驅動(dòng)專(zhuān)用芯片，ＴＡ８４３５Ｈ可以驅動(dòng)二相步進(jìn)電機，且電路簡(jiǎn)單，工作可靠。該芯片還具有以下特點(diǎn)：

●工作電壓范圍寬（１０Ｖ～４０Ｖ）；

●輸出電流可達１．５Ａ?平均?和２．５Ａ?峰值?；

●具有整步、半步、１／４細分、１／８細分運行方式可供選擇；

●采用脈寬調制式斬波驅動(dòng)方式；

●具有正／反轉控制功能；

●帶有復位和使能引腳?

●可選擇使用單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入。

２ 引腳功能

ＴＡ８４３５Ｈ采用ＺＩＰ２５封裝形式，圖１為其引腳排列圖。各引腳功能如下：

腳１（Ｓ－ＧＮＤ）：信號地；

腳２（ＲＥＳＥＴ）：復位端，低電平有效，當該端有效時(shí)，電路復位到起始狀態(tài)，此時(shí)在任何激勵方式下，輸出各相都置于它們的原點(diǎn)；

引腳３（ＥＮＡＢＬＥ）：使能端，低電平有效；當該端為高電平時(shí)電路處于維持狀態(tài)，此時(shí)各相輸出被強制關(guān)閉；

引腳４（ＯＳＣ）：該腳外接電容的典型值可決定芯片內部驅動(dòng)級的斬波頻率（１５ｋＨｚ～８０ｋＨｚ），計算公式為：

ｆｏｓｃ＝１／?５．１５ＣＯＳＣ?

式中，ＣＯＳＣ的單位為μＦ?ｆＯＳＣ的單位為ｋＨｚ。

腳５（ＣＷ／ＣＣＷ）：正、反轉控制引腳；

腳６、７（ＣＫ２、ＣＫ１）：時(shí)鐘輸入端，可選擇單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入，最大時(shí)鐘輸入頻率為５ｋＨｚ；

腳８、９（Ｍ１、Ｍ２）：選擇激勵方式，００表示步進(jìn)電機工作在整步方式，１０為半步方式，０１為１／４細分方式，１１為１／８細分方式；

腳１０（ＲＥＦ ＩＮ）：ＶＮＦ輸入控制，接高電平時(shí)ＶＮＦ為０．８Ｖ，接低電平時(shí)ＶＮＦ為０．５Ｖ；

腳１１（ＭＯ）：輸出監視，用于監視輸出電流峰值位置；

腳１３（ＶＣＣ）：邏輯電路供電引腳，一般為５Ｖ；

腳１５、２４（ＶＭＢ、ＶＭＡ）：Ｂ相和Ａ相負載電源端；

腳１６、１９（ Ｂ、Ｂ）：Ｂ相輸出引腳；

腳１７、２２（ＰＧ－Ｂ、ＰＧ－Ａ）：Ｂ相和Ａ相負載地；

腳１８、２１（ＮＦＢ、ＮＦＡ）：Ｂ相和Ａ相電流檢測端，由該引腳外接電阻和ＲＥＦ－ＩＮ引腳控制的輸出電流為：ＩＯ＝ＶＮＦ／ＲＮＦ

腳２０、２３（ Ａ、Ａ）：Ａ相輸出引腳。

３　實(shí)際應用電路

筆者為省重點(diǎn)科研項目《智能化大氣污染系統的研究》所設計的電路共需驅動(dòng)三個(gè)二相步進(jìn)電機，以分別完成進(jìn)樣、采樣和閥門(mén)控制。

圖２是ＴＡ８４３５Ｈ的一個(gè)典型應用電路，該電路用一片ＴＡ８４３５Ｈ來(lái)驅動(dòng)一個(gè)步進(jìn)電機，輸入信號有使能控制、正反轉控制和時(shí)鐘輸入，通過(guò)光耦可將驅動(dòng)器與輸入級進(jìn)行電隔離，以起到邏輯電平隔離和保護作用；該電路工作在１／８細分模式（Ｍ１、Ｍ１接高電平），可減小低速時(shí)的振動(dòng)，Ｒ８和Ｃ１組成復位電路，Ｄ１～Ｄ４快恢復二極管可用來(lái)泄放繞組電流?由于ＲＥＦ ＩＮ引腳接高電平，因此ＶＮＦ為０．８Ｖ，輸出級斬波電流為ＶＮＦ／ＲＮＦ＝０．８／０．８＝１Ａ，選用不同的二相步進(jìn)電機時(shí)，應根據其電流大小選擇合適的Ｒ１３和Ｒ１４。

圖３是步進(jìn)電機核心控制電路，該電路能夠控制如圖２所示的三個(gè)步進(jìn)電機驅動(dòng)器。本設計采用外部定時(shí)／計數器８２Ｃ５３來(lái)給ＴＡ８４３５Ｈ提供步進(jìn)脈沖。因為８２Ｃ５３有三個(gè)定時(shí)／計數器，可以驅動(dòng)三個(gè)步進(jìn)電機控制器，因而能滿(mǎn)足設計要求；另外，８２Ｃ５３的工作方式３是一種方波速率發(fā)生器。在這種方式下，當ＣＰＵ設置控制字后，輸出將為高電平，在寫(xiě)完計數值后就自動(dòng)開(kāi)始計數，輸出保持高電平；而當計到一半計數值時(shí)，輸出變低直到計數到０，此后輸出又變高以重新開(kāi)始計數。在計數期間寫(xiě)入新的計數值并不影響現行的計數過(guò)程。但是若在方波半周期結束前和新計數值寫(xiě)入后收到ＧＡＴＥ脈沖，那么計數器將在下一個(gè)ＣＬＫ脈沖時(shí)裝入新的計數值并以這個(gè)計數值開(kāi)始計數。否則，新的計數值將在現行半周期結束時(shí)裝入計數值。因此，只要寫(xiě)入不同的計數初值，就能控制步進(jìn)電機的轉速而不需要用軟件來(lái)控制高低電平的轉換，因而編程比較容易。本設計將８２Ｃ５３的ＧＡＴＥ端全部接高電平，新的計數值將在現行半周期結束時(shí)起作用。

由于采用了定時(shí)／計數器８２Ｃ５３作為步進(jìn)脈沖產(chǎn)生電路，因此系統編程十分簡(jiǎn)單，以下語(yǔ)句為控制一個(gè)步進(jìn)電機的相應程序代碼。

＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｒｅｇ５２．ｈ＞

＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ａｂｓａｃｃ．ｈ＞

＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｉｎｔｒｉｎｓ．ｈ＞

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ａ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ０００] ／／計數器０地址

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ｂ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ１００] ／／計數器１地址

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ｃ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ２００] ／／計數器２地址

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ｄ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ３００] ／／控制字口地址

＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｃｈａｒ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ

＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｉｎｔ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ

ｕｉｎｔ ｔｉｍｅ１; ／／電機１運行時(shí)間

ｕｃｈａｒ ｓｐｅｅｄ１;／／電機１運轉速度

ｓｂｉｔ ｅｎ１＝Ｐ１＾０; ／／電機１使能控制

ｓｂｉｔ ｄｉｒ１＝Ｐ１＾１; ／／／電機１方向控制

ｕｉｎｔ ｓｕｍ１;

ｕｃｈａｒ ｃｏｄｅ ｓｄｔａｂ[１６]＝{０ｘ３０,０ｘ３５,０ｘ４０,０ｘ４５,０ｘ５０,０ｘ５５,０ｘ６０,０ｘ６５,０ｘ７０,

０ｘ７５,０ｘ８０,０ｘ８５,０ｘ９０,０ｘ９５,０ｘａ０,０ｘａ５};

圖2

／／１６個(gè)計數初值，對應１６種轉速，初值大小應根據電機的轉速要求和８２Ｃ５３計數器ＣＬＫ端輸入的時(shí)鐘頻率決定

ｍａｉｎ()

{

Ａ８２５３Ｄ＝０ｘ１６; ／／計數器０方式３，只讀寫(xiě)高位字節

Ａ８２５３Ｄ＝０ｘ５６; ／／計數器１方式３，只讀寫(xiě)高位字節

Ａ８２５３Ｄ＝０ｘ９６; ／／計數器２方式３，只讀寫(xiě)高位字節

ｄｉｒ１＝１; ／／運轉方向

ｔｉｍｅ１＝２００; ／／運轉２００秒

ｓｐｅｅｄ１＝３; ／／速度等級３

／／以上是電機１的運行參數，實(shí)際應用中?一般先用上位機通過(guò)串口將數據送入８９Ｃ５１單片機存儲器，然后由單片機按照上位機送入的數據來(lái)控制步進(jìn)電機的運行速度、方向和時(shí)間。

ｓｕｍ１＝ｔｉｍｅ１＊２０;

／／ｓｕｍ１為８９Ｃ５１定時(shí)器Ｔ０中斷次數，因為定時(shí)間隔為０．０５秒

Ａ８２５３Ａ＝ｓｄｔａｂ[ｓｐｅｅｄ１];

／／向８２Ｃ５３計數器０送初值，ＯＵＴ０腳輸出方波

ｅｎ１＝１;／／電機１開(kāi)始運轉

ＴＭＯＤ＝０ｘ０１;

ＴＬ０＝－４６０８０％２５６;

ＴＨ０＝－４６０８０／２５６;

ＥＴ０＝１;

ＥＡ＝１;

ＴＲ０＝１;

／／８９Ｃ５１的計數器０用于定時(shí)器，定時(shí)間隔０．０５秒，方式１，中斷方式，晶振１１．０５９２Ｍ

ｗｈｉｌｅ(１0);?

}

ｖｏｉｄ Ｔ０＿ｓｒｖ(ｖｏｉｄ) ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ １ ｕｓｉｎｇ １

{／／中斷服務(wù)程序，執行完后，電機停止運行

ＴＬ０＝－４６０８０％２５６;

ＴＨ０＝－４６０８０／２５６;

ｓｕｍ１－－;

ｉｆ(ｓｕｍ１＝＝０)

{

ｅｎ１＝０?／／ 電機停止運行

}

}

圖3

４　結論

采用ＴＡ８４３５Ｈ構成步進(jìn)電機驅動(dòng)器，利用８２Ｃ５３輸出步進(jìn)脈沖的設計方案具有占用ＣＰＵ時(shí)間短、編程容易、結構簡(jiǎn)單、成本低、可靠性好、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，因此可在控制和測量領(lǐng)域中得到廣泛應用。