二相步进电机驱动芯片TA8435H及其应用

    摘要：TA8435H是东芝公司推出的一款单片步进电机专用驱动芯片。文中介绍了该芯片的特点、引脚功能和工作原理，给出了采用89C51和82C53作为控制核心驱动步进电机的具体电路和相关程序代码。

    关键词：步进电机；TA8435H；细分驱动；82C53；89C51

１　主要特点

ＴＡ８４３５Ｈ是东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片，ＴＡ８４３５Ｈ可以驱动二相步进电机，且电路简单，工作可靠。该芯片还具有以下特点：

●工作电压范围宽（１０Ｖ～４０Ｖ）；

●输出电流可达１．５Ａ?平均?和２．５Ａ?峰值?；

●具有整步、半步、１／４细分、１／８细分运行方式可供选择；

●采用脉宽调制式斩波驱动方式；

●具有正／反转控制功能；

●带有复位和使能引脚?

●可选择使用单时钟输入或双时钟输入。

２ 引脚功能

ＴＡ８４３５Ｈ采用ＺＩＰ２５封装形式，图１为其引脚排列图。各引脚功能如下：

脚１（Ｓ－ＧＮＤ）：信号地；

脚２（ＲＥＳＥＴ）：复位端，低电平有效，当该端有效时，电路复位到起始状态，此时在任何激励方式下，输出各相都置于它们的原点；

引脚３（ＥＮＡＢＬＥ）：使能端，低电平有效；当该端为高电平时电路处于维持状态，此时各相输出被强制关闭；

引脚４（ＯＳＣ）：该脚外接电容的典型值可决定芯片内部驱动级的斩波频率（１５ｋＨｚ～８０ｋＨｚ），计算公式为：

ｆｏｓｃ＝１／?５．１５×ＣＯＳＣ?

式中，ＣＯＳＣ的单位为μＦ?ｆＯＳＣ的单位为ｋＨｚ。

脚５（ＣＷ／ＣＣＷ）：正、反转控制引脚；

脚６、７（ＣＫ２、ＣＫ１）：时钟输入端，可选择单时钟输入或双时钟输入，最大时钟输入频率为５ｋＨｚ；

脚８、９（Ｍ１、Ｍ２）：选择激励方式，００表示步进电机工作在整步方式，１０为半步方式，０１为１／４细分方式，１１为１／８细分方式；

脚１０（ＲＥＦ ＩＮ）：ＶＮＦ输入控制，接高电平时ＶＮＦ为０．８Ｖ，接低电平时ＶＮＦ为０．５Ｖ；

脚１１（ＭＯ）：输出监视，用于监视输出电流峰值位置；

脚１３（ＶＣＣ）：逻辑电路供电引脚，一般为５Ｖ；

脚１５、２４（ＶＭＢ、ＶＭＡ）：Ｂ相和Ａ相负载电源端；

脚１６、１９（ Ｂ、Ｂ）：Ｂ相输出引脚；

脚１７、２２（ＰＧ－Ｂ、ＰＧ－Ａ）：Ｂ相和Ａ相负载地；

脚１８、２１（ＮＦＢ、ＮＦＡ）：Ｂ相和Ａ相电流检测端，由该引脚外接电阻和ＲＥＦ－ＩＮ引脚控制的输出电流为：ＩＯ＝ＶＮＦ／ＲＮＦ

脚２０、２３（ Ａ、Ａ）：Ａ相输出引脚。

３　实际应用电路

笔者为省重点科研项目《智能化大气污染系统的研究》所设计的电路共需驱动三个二相步进电机，以分别完成进样、采样和阀门控制。

图２是ＴＡ８４３５Ｈ的一个典型应用电路，该电路用一片ＴＡ８４３５Ｈ来驱动一个步进电机，输入信号有使能控制、正反转控制和时钟输入，通过光耦可将驱动器与输入级进行电隔离，以起到逻辑电平隔离和保护作用；该电路工作在１／８细分模式（Ｍ１、Ｍ１接高电平），可减小低速时的振动，Ｒ８和Ｃ１组成复位电路，Ｄ１～Ｄ４快恢复二极管可用来泄放绕组电流?由于ＲＥＦ ＩＮ引脚接高电平，因此ＶＮＦ为０．８Ｖ，输出级斩波电流为ＶＮＦ／ＲＮＦ＝０．８／０．８＝１Ａ，选用不同的二相步进电机时，应根据其电流大小选择合适的Ｒ１３和Ｒ１４。

图３是步进电机核心控制电路，该电路能够控制如图２所示的三个步进电机驱动器。本设计采用外部定时／计数器８２Ｃ５３来给ＴＡ８４３５Ｈ提供步进脉冲。因为８２Ｃ５３有三个定时／计数器，可以驱动三个步进电机控制器，因而能满足设计要求；另外，８２Ｃ５３的工作方式３是一种方波速率发生器。在这种方式下，当ＣＰＵ设置控制字后，输出将为高电平，在写完计数值后就自动开始计数，输出保持高电平；而当计到一半计数值时，输出变低直到计数到０，此后输出又变高以重新开始计数。在计数期间写入新的计数值并不影响现行的计数过程。但是若在方波半周期结束前和新计数值写入后收到ＧＡＴＥ脉冲，那么计数器将在下一个ＣＬＫ脉冲时装入新的计数值并以这个计数值开始计数。否则，新的计数值将在现行半周期结束时装入计数值。因此，只要写入不同的计数初值，就能控制步进电机的转速而不需要用软件来控制高低电平的转换，因而编程比较容易。本设计将８２Ｃ５３的ＧＡＴＥ端全部接高电平，新的计数值将在现行半周期结束时起作用。

由于采用了定时／计数器８２Ｃ５３作为步进脉冲产生电路，因此系统编程十分简单，以下语句为控制一个步进电机的相应程序代码。

＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｒｅｇ５２．ｈ＞

＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ａｂｓａｃｃ．ｈ＞

＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｉｎｔｒｉｎｓ．ｈ＞

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ａ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ０００] ／／计数器０地址

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ｂ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ１００] ／／计数器１地址

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ｃ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ２００] ／／计数器２地址

＃ｄｅｆｉｎｅ Ａ８２５３Ｄ ＸＢＹＴＥ[０ｘＢ３００] ／／控制字口地址

＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｃｈａｒ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ

＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｉｎｔ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ

ｕｉｎｔ ｔｉｍｅ１; ／／电机１运行时间

ｕｃｈａｒ ｓｐｅｅｄ１;／／电机１运转速度

ｓｂｉｔ ｅｎ１＝Ｐ１＾０; ／／电机１使能控制

ｓｂｉｔ ｄｉｒ１＝Ｐ１＾１; ／／／电机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};

图2

    ／／１６个计数初值，对应１６种转速，初值大小应根据电机的转速要求和８２Ｃ５３计数器ＣＬＫ端输入的时钟频率决定

ｍａｉｎ()

{

Ａ８２５３Ｄ＝０ｘ１６; ／／计数器０方式３，只读写高位字节

Ａ８２５３Ｄ＝０ｘ５６; ／／计数器１方式３，只读写高位字节

Ａ８２５３Ｄ＝０ｘ９６; ／／计数器２方式３，只读写高位字节

ｄｉｒ１＝１; ／／运转方向

ｔｉｍｅ１＝２００; ／／运转２００秒

ｓｐｅｅｄ１＝３; ／／速度等级３

／／以上是电机１的运行参数，实际应用中?一般先用上位机通过串口将数据送入８９Ｃ５１单片机存储器，然后由单片机按照上位机送入的数据来控制步进电机的运行速度、方向和时间。

ｓｕｍ１＝ｔｉｍｅ１＊２０;

／／ｓｕｍ１为８９Ｃ５１定时器Ｔ０中断次数，因为定时间隔为０．０５秒

Ａ８２５３Ａ＝ｓｄｔａｂ[ｓｐｅｅｄ１];

／／向８２Ｃ５３计数器０送初值，ＯＵＴ０脚输出方波

ｅｎ１＝１;／／电机１开始运转

ＴＭＯＤ＝０ｘ０１;

ＴＬ０＝－４６０８０％２５６;

ＴＨ０＝－４６０８０／２５６;

ＥＴ０＝１;

ＥＡ＝１;

ＴＲ０＝１;

／／８９Ｃ５１的计数器０用于定时器，定时间隔０．０５秒，方式１，中断方式，晶振１１．０５９２Ｍ

ｗｈｉｌｅ(１0);?

}

ｖｏｉｄ Ｔ０＿ｓｒｖ(ｖｏｉｄ) ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ １ ｕｓｉｎｇ １

{／／中断服务程序，执行完后，电机停止运行

ＴＬ０＝－４６０８０％２５６;

ＴＨ０＝－４６０８０／２５６;

ｓｕｍ１－－;

ｉｆ(ｓｕｍ１＝＝０)

{

ｅｎ１＝０?／／ 电机停止运行

}

}

图3

４　结论

采用ＴＡ８４３５Ｈ构成步进电机驱动器，利用８２Ｃ５３输出步进脉冲的设计方案具有占用ＣＰＵ时间短、编程容易、结构简单、成本低、可靠性好、抗干扰能力强等优点，因此可在控制和测量领域中得到广泛应用。