新颖的串行控制步进电机驱动器
发布时间:2007/4/23 0:00:00 访问次数:1648
摘要：美国Allegro公司推出的A3972型串口控制器是步进电机微步距驱动专用电路。一个A3972外加一个简易CPU即可实现二相步进电机的32微步距驱动。文中介绍该电路的特点、引脚功能和工作原理，并给出A3972的典型应用电路，该电路已成功地应用在某步进电机伺服系统中。
关键词：步进电机 串口控制器 细分驱动
1 前言
A3972是美国Allegro公司生产的PWM恒流控制微步距驱动二相步进电机专用驱动器。它的工作电压可达50V，驱动电流达1.5A,一个A3972即可驱动一台二相步进电机。芯片内部的PWM电流控制电路可通过串行接口被设置为电流慢、快、混合衰减模式。
通过电机的电流是由电路内部的6位数/模转换器（DAC）输出和外部参考电压来共同决定的，其中的6位DAC决定了输出电流有2 6=64个等级。因此，DAC的值每增加1，输出电流会增加最大电流I-max的1.56%。另外，A3972还能提供完善的保护措施，其中包括抑制瞬态电压、过热保护、防止电流直通、欠电压自锁等功能。
2 A3972的引脚排列和引脚功能
A3972的引脚排列如图1所示，各个引脚的功能如下所述：
引脚1（VCP）：电压泵的输出电压引脚，主要用于驱动内部DMOS H桥臂的上二路DMOS管。
引脚2、3（CP1、CP2）：一般在这二个引脚间接一个0.22μF的电容器。该电容器主要是为A3972内部的电压泵提供电源，电压泵的输出为引脚1（VCP）。
引脚4、9（OUT1B、OUT1A）：输出引脚，每个引脚分别与电机一相绕组的二端相连。
引脚5、20（LOAD SUPPLY1、LOAD SUPPLY2）：电机负载电源端。
引脚6、7、18、19（GROUND）：接地端。
引脚8、17（SENSE1、SENSE2）：在此端接1只采样电阻器可检测负载电流，采样电阻（Rs）的大小与所设定的负载电流有效。
引脚10、11、12（STROBE、CLOCK、DATA）：这3个引脚是A3972的串行接口，系统通过它们来控制A3972。其中STROBE为使能信号端，CLOCK为时钟信号端，DATA为数据输入信号端。
引脚13（REF）：此端的电压与采样电阻Rs及DAC决定输出电机负载电流的大小。
引脚14（MUX）：闲置引脚，在实际应用电路中可悬空。
引脚15（LOGIC SUPPLY）：逻辑电路电压，可以为5V或3.3V。
引脚16、21（OUT2A、OUT2B）：输出引脚，它们分别与电机一相绕组的二端相连。
引脚22（VREG）：内部产生的电压输出端，用于驱动DMOS H桥臂的下二路DMOS管。该端的电压被内部电路监控，一旦出现故障，H桥输出将被禁止。在实际应用中，VREG引脚应串接一个0.22μF的电容器到GROUND上。
引脚23（SLEEP）：当该引脚为低电平时，A3972将处于睡眠状态，此时，电路消耗的电流最小，同时，H桥输出也会被禁止，串行接口也会被复位为零状态。
引脚24（OSC）：外部时钟输入引脚，用作内部PWM时基，典型值为4MHz。A3972可使用内部4MHz的时钟或外部时钟。如果使用内部时钟，则应将OSC引脚接地。
表1 Word 0模式
3 A3972的功能
对A3972的控制是通过3条串行接口线（CLOCK、DATA、STROBE）来实现的。每次发送时要传送19个bits，先传送高位D18，最后传送最低位D0。A3972有二种数据模式：Word 0位设置模式和Word 1 位设置模式。
3．1 Word 0位设置模式
当D0=0时，A3972便进入Word 0模式，各位的功能见表1，D0-D18位的含义如下：
D1-D6：用于设定通过H桥1的电流等级，当全设置为0时，将禁止H桥1工作，开关管关断。
D7-D12：用于设定通过H桥2的电流等级，当全设置为0时，将禁止H桥2工作，开关管关断。
D13：决定通过负载绕组1的电流方向。为0，表示电流从OUT1B流向OUT1A；为1，则表示电流从OUT1A流向OUT1B。
D14：决定通过负载绕组2的电流方向，为0，表示电流从OUT2B流向OUT2A；为1，则表示电流从OUT2A流向OUT2B。
D15：决定H桥1电流衰减模式，为0，表示A3972设置成混合衰减模式；为1，则表示设置成慢衰减模式。
D16：决定H桥2电流衰减模式，为0，表示A3972设置成混合衰减模式；为1，则表示设置成慢衰减模式。
D17：决定参考电压方式，为0，表示选择内部2V电压基准作为参考电压；为1，表示选择外部参考电压。
D18：电流范围选择方式，为0表示ITRIP=VDAC/8Rs；为1表示ITRIP=VDAC/4Rs。
3．2 Word 1位设置模式
当D0=1时，A3972进入Word 1数据模式，D1-D18位的功能见表2，各位的含义如下所述。
表2 Word 1模式
D1、D2死区时间：用于设置电流调节时不进行电流采样比较的时间。当H桥上桥臂某一开关管导通时，由于在开关瞬时箝位二极管和负载中的分布电容受反向恢复电流的影响
摘要：美国Allegro公司推出的A3972型串口控制器是步进电机微步距驱动专用电路。一个A3972外加一个简易CPU即可实现二相步进电机的32微步距驱动。文中介绍该电路的特点、引脚功能和工作原理，并给出A3972的典型应用电路，该电路已成功地应用在某步进电机伺服系统中。
关键词：步进电机 串口控制器 细分驱动
1 前言
A3972是美国Allegro公司生产的PWM恒流控制微步距驱动二相步进电机专用驱动器。它的工作电压可达50V，驱动电流达1.5A,一个A3972即可驱动一台二相步进电机。芯片内部的PWM电流控制电路可通过串行接口被设置为电流慢、快、混合衰减模式。
通过电机的电流是由电路内部的6位数/模转换器（DAC）输出和外部参考电压来共同决定的，其中的6位DAC决定了输出电流有2 6=64个等级。因此，DAC的值每增加1，输出电流会增加最大电流I-max的1.56%。另外，A3972还能提供完善的保护措施，其中包括抑制瞬态电压、过热保护、防止电流直通、欠电压自锁等功能。
2 A3972的引脚排列和引脚功能
A3972的引脚排列如图1所示，各个引脚的功能如下所述：
引脚1（VCP）：电压泵的输出电压引脚，主要用于驱动内部DMOS H桥臂的上二路DMOS管。
引脚2、3（CP1、CP2）：一般在这二个引脚间接一个0.22μF的电容器。该电容器主要是为A3972内部的电压泵提供电源，电压泵的输出为引脚1（VCP）。
引脚4、9（OUT1B、OUT1A）：输出引脚，每个引脚分别与电机一相绕组的二端相连。
引脚5、20（LOAD SUPPLY1、LOAD SUPPLY2）：电机负载电源端。
引脚6、7、18、19（GROUND）：接地端。
引脚8、17（SENSE1、SENSE2）：在此端接1只采样电阻器可检测负载电流，采样电阻（Rs）的大小与所设定的负载电流有效。
引脚10、11、12（STROBE、CLOCK、DATA）：这3个引脚是A3972的串行接口，系统通过它们来控制A3972。其中STROBE为使能信号端，CLOCK为时钟信号端，DATA为数据输入信号端。
引脚13（REF）：此端的电压与采样电阻Rs及DAC决定输出电机负载电流的大小。
引脚14（MUX）：闲置引脚，在实际应用电路中可悬空。
引脚15（LOGIC SUPPLY）：逻辑电路电压，可以为5V或3.3V。
引脚16、21（OUT2A、OUT2B）：输出引脚，它们分别与电机一相绕组的二端相连。
引脚22（VREG）：内部产生的电压输出端，用于驱动DMOS H桥臂的下二路DMOS管。该端的电压被内部电路监控，一旦出现故障，H桥输出将被禁止。在实际应用中，VREG引脚应串接一个0.22μF的电容器到GROUND上。
引脚23（SLEEP）：当该引脚为低电平时，A3972将处于睡眠状态，此时，电路消耗的电流最小，同时，H桥输出也会被禁止，串行接口也会被复位为零状态。
引脚24（OSC）：外部时钟输入引脚，用作内部PWM时基，典型值为4MHz。A3972可使用内部4MHz的时钟或外部时钟。如果使用内部时钟，则应将OSC引脚接地。
表1 Word 0模式
3 A3972的功能
对A3972的控制是通过3条串行接口线（CLOCK、DATA、STROBE）来实现的。每次发送时要传送19个bits，先传送高位D18，最后传送最低位D0。A3972有二种数据模式：Word 0位设置模式和Word 1 位设置模式。
3．1 Word 0位设置模式
当D0=0时，A3972便进入Word 0模式，各位的功能见表1，D0-D18位的含义如下：
D1-D6：用于设定通过H桥1的电流等级，当全设置为0时，将禁止H桥1工作，开关管关断。
D7-D12：用于设定通过H桥2的电流等级，当全设置为0时，将禁止H桥2工作，开关管关断。
D13：决定通过负载绕组1的电流方向。为0，表示电流从OUT1B流向OUT1A；为1，则表示电流从OUT1A流向OUT1B。
D14：决定通过负载绕组2的电流方向，为0，表示电流从OUT2B流向OUT2A；为1，则表示电流从OUT2A流向OUT2B。
D15：决定H桥1电流衰减模式，为0，表示A3972设置成混合衰减模式；为1，则表示设置成慢衰减模式。
D16：决定H桥2电流衰减模式，为0，表示A3972设置成混合衰减模式；为1，则表示设置成慢衰减模式。
D17：决定参考电压方式，为0，表示选择内部2V电压基准作为参考电压；为1，表示选择外部参考电压。
D18：电流范围选择方式，为0表示ITRIP=VDAC/8Rs；为1表示ITRIP=VDAC/4Rs。
3．2 Word 1位设置模式
当D0=1时，A3972进入Word 1数据模式，D1-D18位的功能见表2，各位的含义如下所述。
表2 Word 1模式
D1、D2死区时间：用于设置电流调节时不进行电流采样比较的时间。当H桥上桥臂某一开关管导通时，由于在开关瞬时箝位二极管和负载中的分布电容受反向恢复电流的影响
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