在PSoC4平臺上開發(fā)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

4. 基于PSoC4的步進(jìn)電機(jī)控制架構(gòu)及優(yōu)勢

PSoC4片內(nèi)集成有兩個(gè)電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （IDAC），分別為最大7位和8位精度。均取為7為精度，因此可以產(chǎn)生最大為128細(xì)分的階梯狀正弦波。圖5表示由IDAC產(chǎn)生的兩路16細(xì)分基準(zhǔn)正弦波。

圖5：16細(xì)分基準(zhǔn)正弦波

圖6為基于PSoC4的步進(jìn)電機(jī)控制架構(gòu)框圖。

圖6：步進(jìn)電機(jī)控制框圖

對電機(jī)的兩相電流分別進(jìn)行采樣，經(jīng)放大和高頻濾波后與IDAC產(chǎn)生的電流基準(zhǔn)由PSoC4的內(nèi)部比較器 進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際相電流超過基準(zhǔn)值時(shí)，將由PSoC4關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM輸出一個(gè)周期，這樣就可以迫使電機(jī)的實(shí)際相電流跟蹤IDAC產(chǎn)生的電流基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)正弦波細(xì)分驅(qū)動(dòng)。

對比PSoC4控制架構(gòu)于前述的商用方案可以發(fā)現(xiàn)，由于PSoC4內(nèi)部集成了IDAC、可編程的CPLD（UDB）和比較器，因此具備CPLD方案的所有性能與優(yōu)勢，同時(shí)其內(nèi)部的高性能Cortex-M0核又使其可以完成MCU的控制功能，并具有其低成本的特點(diǎn)。因此，基于PSoC4的步進(jìn)電機(jī)控制方案在性價(jià)比上有很大的提高。

5. 基于PSoC4 的步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)實(shí)例

①控制原理圖設(shè)計(jì)

圖7為PSoC Creator環(huán)境下的步進(jìn)電機(jī)控制原理圖，虛線框內(nèi)的部分即為依據(jù)圖4構(gòu)建的電機(jī)相電流細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路。兩路電流獨(dú)立控制,相位相差90。。內(nèi)部低功耗比較器的同向端接電機(jī)向電流經(jīng)采樣、放大和濾波后的電壓信號；反向端節(jié)內(nèi)部IDAC輸出的細(xì)分正弦信號。比較器輸出高電平將關(guān)閉TCPWM一個(gè)周期，迫使電機(jī)相電流跟蹤IDAC的電流基準(zhǔn)波形，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制。

圖中的定時(shí)器用于設(shè)計(jì)細(xì)分步長，通過在軟件中修改其周期值可以實(shí)時(shí)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖中的ADC可以讀入模擬的速度輸入信號，作為電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速。

圖7：步進(jìn)電機(jī)控制原理圖

②控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1）主程序設(shè)計(jì)

控制主程序首先初始化和配置PSoC4的內(nèi)部資源，在主循環(huán)中檢測用戶的起停命令和速度給定，決定運(yùn)行或鎖定步進(jìn)電機(jī)。圖8為控制主程序的流程圖。

圖8：主程序流程圖