電機驅動(dòng)芯片DRV8823在XBT自動(dòng)投放系統中的應用

，因此需要控制8個(gè)直流12V減速電機。因此，成功實(shí)現多枚XBT自動(dòng)投放的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)就是，系統如何通過(guò)控制多個(gè)電機運動(dòng)實(shí)現閥門(mén)的自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉。

TI公司推出的4H橋電機驅動(dòng)芯片DRV8823為該項關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現提供了很好的解決方案。

1 DRV8823簡(jiǎn)介

DRV8823是TI公司推出的1.5 A四路刷式或雙路雙極步進(jìn)電機驅動(dòng)器，它內部采用4H橋電機驅動(dòng)模塊，可以驅動(dòng)2個(gè)步進(jìn)電機或者4個(gè)直流電機。其內部使用4組N溝道功率MOS FET組成H橋，構成獨立的電機驅動(dòng)模塊來(lái)驅動(dòng)電機繞組，非常適合多路電機驅動(dòng)使用，它為自動(dòng)化設備的應用提供了一個(gè)集成的電機驅動(dòng)解決方案。芯片的供電電壓為8～32 V，每相通道的電流最大可達1.5 A，并且可以通過(guò)軟件編程設置為8個(gè)不同等級的值。芯片具有低電壓睡眠模式，在系統過(guò)壓、過(guò)溫或過(guò)流后均可以自動(dòng)關(guān)閉電機、斷開(kāi)電機負載加以保護，其內部組成結構略——編者注。DRV8823與微控制器僅需要通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口就可完成所有的信號控制功能。

2 DRV8823時(shí)序及寄存器介紹

2.1 DRV8823的時(shí)序

DRV8823的串行數據時(shí)序如圖1所示，SSTB信號在原理圖中一直為高電平，因此串行接口一直有效并且輸出使能。數據包的傳輸包括16個(gè)數據位，需要注意的是，與常規SPI總線(xiàn)不同，控制器需要先向DRV8823芯片傳輸數據字節的低位。

控制器將串行數據寫(xiě)入DRV8823，額外時(shí)鐘邊沿之后的最后數據位將繼續移位到數據寄存器，因此，最后的16位數據將被鎖定和使用。通過(guò)設置兩個(gè)電機控制寄存器字段中的高4位來(lái)選擇控制1#電機或者2#電機，即：如果串行數據的高4位是0000，則對電機1(橋A和B)進(jìn)行操作;反之，如果是0001，則對電機2(橋C及D)進(jìn)行操作。只有SCS輸入引腳為高電平有效時(shí)，數據才能被轉移到串行接口。數據最初只是被移入到一個(gè)臨時(shí)寄存器，該數據在SSTB上升沿時(shí)才被寫(xiě)入電機驅動(dòng)器。如果SSTB一直處于高電平，則16位數據傳輸完畢后才全部鎖存。

2.2 DRV8823的寄存器

DRV8823的各路電機控制是通過(guò)寫(xiě)寄存器實(shí)現的，電機驅動(dòng)命令寄存器如表1和表2所列。

3 DRV8823與C8051F020的接口

3.1 硬件連接

項目中使用DRV8823驅動(dòng)8個(gè)直流減速電機，直流減速電機的正常運轉電流僅為100 mA，每片DRV8823可以驅動(dòng)4個(gè)直流減速電機，因此需要兩片DRV8823與CPU連接。由于工程中選取的直流減速電機的供電電壓是12 V，因此芯片的供電電壓是12 V，其中一片DRV8823與C8051F020的接口如圖2所示。圖中V3P3是DRV8823內置3.3 V基準輸出，芯片與CPU之間采用模擬SPI接口進(jìn)行通信，即采用C8051F020的兩個(gè)I/OP3.6和P3.7引腳模擬與DRV8823通信。C8051F020的MTSDI(P3.7)連接至DRV8823的SDATA，MTSCLK(P3.6)連接至DRV88 23的SCLK，在MTSCLK為上升沿的時(shí)候將串行數據移入，SCS作為DRV8823的片選，高電平有效，高電平鎖存串行數據，使用C8051F020的一個(gè)I/O口連接SCS即可。

3. 2 限流電阻計算

每個(gè)通道電機滿(mǎn)量程電流計算公式如下：

其中，VREFX是采用的基準電壓，這里取芯片的基準電源電壓，3.2

電機命令寄存器如表1所列。以B橋為例，D15～D12固定寫(xiě)0000，D11是BDECAY模式寫(xiě)0即可，D10～D8為電流控制位，硬件設置為1.36 A

4 DRV8823編程實(shí)現

DRV8823芯片智能化程度高，使用C8051F020的兩個(gè)I/O口對其進(jìn)行寫(xiě)操作即可實(shí)現編程控制。寫(xiě)操作的命令很少，僅是對一個(gè)寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作，即電機命令寄存器，便可實(shí)現每相電機的打開(kāi)、關(guān)閉等功能。編程時(shí)應參考芯片資料的時(shí)序圖，SSTB信號在原理圖中一直為高，因而串行接口一直有效，并且輸出使能。

4.1 SPIO接口的初始化

DRV8823的初始化要求所有電機都無(wú)效(ENBL=0)，所有電機的DECAY=0，X12-10設置成001。為節省代碼篇幅，以電機的A橋為例，使用如下代碼完成DRV8823的初始化。

4.2%20DRV8823控制函數

DRV8823驅動(dòng)函數完成對各路電機的控制，包括正反轉控制、使能控制和關(guān)閉控制等功能。函數的輸入參數包括電機編號(1，2，3，4)，電機使能位(0為禁止，1為使能)，電機正反轉(0為反轉，1為正轉)，輸出參數為空。

在程序的編制過(guò)程中，要求必須保持其他電機的原狀態(tài)，不能對其他不需要操作的電機進(jìn)行操作，即在操作時(shí)會(huì )用到大量的邏輯與或操作。在對電機進(jìn)行控制時(shí)，首先要判斷電機的狀態(tài)，然后確定相應操作。實(shí)現代碼：

電機控制流程圖如圖3所示。

結語(yǔ)

多枚XBT自動(dòng)投放與測量系統是2010年國家海洋公益性項目“投棄式溫深剖面測量?jì)x產(chǎn)品化研究與示范”所支持的一個(gè)研制子項目。2014年3月，本文設計的系統安裝在某海洋調查船上，在南海進(jìn)行了投放實(shí)驗，取得了良好的測量效果，系統利用C8051F020控制兩片DRV8823實(shí)現了通過(guò)8路直流減速電機控制閥門(mén)的自由開(kāi)啟和關(guān)閉，并得到了很好的應用和驗證。與其他多路電機控制設計方案相比，該實(shí)現方法具有電路簡(jiǎn)單、體積小、控制可靠和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

因此，DRV8823為多枚XBT自動(dòng)投放與測量系統的成功實(shí)現提供了很好的幫助，具有較高的工程應用價(jià)值。