微步进低噪声步进电机驱动控制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种微步进低噪声步进电机驱动控制器，包括：延时器、转动计数器，其经微步进细分sin/cos发生器模块、PWM发生器模块、H桥驱动连接到步进电机，步进电机设置控制寄存器的输入端经SPI串行总线与外部设备连接，步进电机设置控制寄存器的输出端向延时器、转动计数器、微步进细分sin/cos发生器模块、PWM发生器模块、H桥驱动输出数据信息或控制信号，微步进细分sin/cos发生器模块包括细分逻辑控制、Sin累加器、Cos累加器和细分分频器，PWM发生器模块包括延时计数器、Sin-PWM脉宽调制器、Cos-PWM脉宽调制器和PWM分频器。本实用新型专利技术具有最大256细分步进，幅度、相位，频率可调的恒电压工作结构，使电机工作具有低振动，低音频噪声，发热小，转换效率高的有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种步进电机驱动控制器，该步进电机可应用在视频镜头驱动如照相机、摄像机，也可用于其它电机领域，如无人机控制云台，小型打印机等。
技术介绍
现有技术中，步进电机的控制方法基本上采用恒流模式，其基本原理是，开关管、电机的电流通过采样电阻，得到采样电压，该采样电压反馈到比较器与基准电压比较，当电流过大时比较器翻转，关断输出开关管，此时输出电流衰减，经过固定衰减时间后，再重新打开输出开关管，电流增加直到比较器翻转。芯片不停的打开关闭开关管，构成PWM脉宽调制控制。通过改变比较器的基准电压，就可以控制电流变化；而且现有技术中，最大步进细分至多做到32细分；该电路的缺点是发热明显、振动引起的噪音较大、步进精度不高。
技术实现思路
本技术根据以上不足，提供了一种微步进低噪声步进电机驱动控制器，该控制器采用恒压模式，内置微步进256细分器对两相四线步进电机进行精确控制，同时，针对步进电机的物理缺陷，控制器可以对步进电机的两相电流的幅度与相对相位进行补偿，噪声性能进一步提尚。本技术的技术方案是:一种微步进低噪声步进电机驱动控制器，其特征是，包括:步进电机设置控制寄存器，其通过SPI串行总线与外部设备连接，SPI串行总线还连接到电机使能信号，电机使能信号连接到外部设备；延时器，数据输入端连接到步进电机设置控制寄存器，用于接收电机开始转动的延时时间信息，控制端连接电机使能信号，延时器延迟期间可以通过spi写入步进电机设置控制寄存器，延时结束后电机开始转动；转动计数器，数据输入端连接到步进电机设置控制寄存器，用于接收电机转动步数设定信息，控制端连接电机使能信号，计数结束后产生电机转动结束信号；细分逻辑控制，数据输入端连接到步进电机设置控制寄存器，用于接收步进电机微步进的细分设定信息，控制端Conl连接到延时器的输出端，控制端Con2接转动计数器的输出，细分逻辑控制实现了两个功能:一是处理电机的转动开始结束逻辑，二是设定了微步进的细分模式，如当需要步进精度高时可以选择256细分微步进模式，当需要速度快时可以选择64细分微步进模式；细分分频器，数据输入端连接到步进电机设置控制寄存器，用于接收转动频率设定信息； Sin累加器，数据输入端分别连接细分逻辑控制和细分分频器的输出端，控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供Sin累加器加或减信号，Sin累加器是特殊的计数器，通过在不同的时间段进行+3、+2、+1、+0或者-1、-2、-3的计算，可以输出数字的正弦波，控制sin路电流变化；Cos累加器，数据输入端分别连接细分逻辑控制和细分分频器的输出端，控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供Cos累加器加或减信号，Cos累加器是特殊的计数器，通过在不同的时间段进行-0、_1、-2、-3或者+3、+2、+1的计算，可以输出数字的余弦波，控制cos路电流变化；Sin-PffM脉宽调制器，输入端连接到Sin累加器的输出端，Sin-PffM脉宽调制器的控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供脉宽调制的幅度信号，即最大占空比，时钟端接PWM分频器的输出，Sin-PffM脉宽调制器对sin累计器的输出信号Sin-out进行PffM调制，调制深度由步进电机设置控制寄存器设定；Cos-PffM脉宽调制器，输入端连接到Cos累加器的输出端，Cos-PffM脉宽调制器的控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供脉宽调制的幅度信号，即最大占空比；时钟端接PWM分频器的输出，一般电机控制中，两相电流的幅度相等，此时电机运行平稳，但是电机的两相绕组结构是有差异，并非完全对称，此技术中，Sin-PffM与Cos-PffM的幅度可以分别设置，通过设置寄存器，针对特定电机的机械不对称性进行补偿，电机运行更加平稳。PffM分频器，输入端连接时钟模块，控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制PWM的斩波频率。Sin控制逻辑，起开关作用，输入端连接到Sin-PffM脉宽调制器的输出端，Sin控制逻辑的控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供刹车信号、关断信号，刹车态时输出H桥的两个上臂桥MOS管开启，下臂桥两个MOS管关闭，关断态时H桥的四个下臂桥均关闭；Cos控制逻辑，起开关作用，输入端连接到Cos-PffM脉宽调制器的输出端，Cos控制逻辑的控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供刹车信号、关断信号；Sin-H桥驱动，四个控制端分别连接到Sin控制逻辑的输出端，两个输出端连接电机的一组线圈；Cos-H桥驱动，四个控制端分别连接到Cos控制逻辑的输出端，两个输出端连接电机的另一组线圈；时钟模块，向各模块提供时钟； 电源，向各模块供电。在上述技术方案的基础上，还可以包括延时计数器，该延时计数器串联在所述Cos累加器与所述Cos-PffM脉宽调制器之间，延时计数器的延时数据输入端连接到所述步进电机设置控制寄存器，延时计数器用于相位矫正。理想的两相步进电机的控制方法中，两相电流的其中一相电流幅度按照sin变化，另一相电流幅度按照cos变化，两者相位相差90°，这时电机运行最平稳；但是实际电机的物理制作过程中，两相机械结构，线圈，负载都有差异，导致相电流在电机内部的机械延迟不一样，此时，我们可以通过延时计数器，自发地引入一个与机械延迟相反的延时，来补偿电机的内部机械延迟。通过这种补偿方式，电机的运行更加平稳。所述Sin-H桥驱动或者Cos-H桥驱动包括四个MOS驱动管，其中两个PMOS驱动管、两个NMOS驱动管，四个寄生续流二极管。本技术的基本工作原理:外部设备通过SPI串行总线可以对步进电机设置控制寄存器进行读写操作，设置电机的工作状态，主要有以下设置:电机开始转动的延迟时间信息，电机转动时间设定，步进细分设定信息，电机转动频率，电机转动方向，电机相位矫正，电机输出电流幅度，电机的刹车与关断等。电机使能信号来到后，需要通过SPI串行总线对步进电机设置控制寄存器写入数据，并由延时器对使能进行延时，延迟时间不能太长，太长会导致电机的停顿与噪声，延迟时间不能太短，写寄存器操作必须在此延迟时间内完成。电机使能信号经延迟后生效，产生电机转动的开始信号，电机开始转动；另一路转动使能进入转动计数器，使转动计数器开始计数，计数的终点由控制寄存器设定，当计数结束时，产生转动结束信号。细分逻辑控制、Sin累加器、Cos累加器和细分分频器构成微步进细分sin/cos发生器模块。此发生器的功能是，当输入接收到电机转动开始信号后，累加器按照一定的算法进行加减运算，产生按照类似正弦(sin)与余弦(cos)变化的数字信号:Sin-out与Cos-out，此数字信号幅度变化对应最终输出驱动电流的电流幅度变化。步进电机设置控制寄存器可以设置电流幅度的变化方向来设定电机的正反转；设置细分数可以设定Sin累计器、Cos累加器加减运算中sin、COs从‘0’最小值到‘I’最大值变化的步数，最大可设置到256步，即输出电流幅度变化为256细分，此时输出最接近正弦波；设置控制寄存器可以设置细分分频器的分频数，来设置Sin、Cos累加器加减运算中每次运算的时间周期，从而设定电流幅度变化每步的周期，即转动频率周期；延时计数器、Sin本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微步进低噪声步进电机驱动控制器，其特征是，包括：步进电机设置控制寄存器，其通过SPI串行总线与外部设备连接，SPI串行总线还连接到电机使能信号，电机使能信号连接到外部设备；延时器，数据输入端连接到步进电机设置控制寄存器，用于接收电机开始转动的延时时间信息，控制端连接电机使能信号；转动计数器，数据输入端连接到步进电机设置控制寄存器，用于接收电机转动步数设定信息，控制端连接电机使能信号；细分逻辑控制，数据输入端连接到步进电机设置控制寄存器，用于接收步进电机微步进的细分设定信息，控制端Con1连接到延时器的输出端，控制端Con2接转动计数器的输出；细分分频器，数据输入端连接到步进电机设置控制寄存器，用于接收转动频率设定信息；Sin累加器，数据输入端分别连接细分逻辑控制和细分分频器的输出端，控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供Sin累加器加或减信号；Cos累加器，数据输入端分别连接细分逻辑控制和细分分频器的输出端，控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供Cos累加器加或减信号；Sin‑PWM脉宽调制器，输入端连接到Sin累加器的输出端，Sin‑PWM脉宽调制器的控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供脉宽调制的幅度信号，即最大占空比；Cos‑PWM脉宽调制器，输入端连接到Cos累加器的输出端，Cos‑PWM脉宽调制器的控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供脉宽调制的幅度信号，即最大占空比；PWM分频器，输入端连接时钟模块，控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制PWM的斩波频率；Sin控制逻辑，起开关作用，输入端连接到Sin‑PWM脉宽调制器的输出端，Sin控制逻辑的控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供刹车信号、关断信号；Cos控制逻辑，输入端连接到Cos ‑PWM脉宽调制器的输出端，Cos控制逻辑的控制端连接到步进电机设置控制寄存器，控制端提供刹车信号、关断信号；Sin‑H桥驱动，四个控制端分别连接到Sin控制逻辑的输出端，两个输出端连接电机的一组线圈；Cos‑H桥驱动，四个控制端分别连接到Cos控制逻辑的输出端，两个输出端连接电机的另一组线圈；时钟模块，向各模块提供时钟；电源，向各模块供电。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭金明，丁强，阮志鹏，
申请(专利权)人：杭州瑞盟科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33