6.5.1. Управление шаговым двигателем
Для шаговых двигателей намного проще разрабатывать программное обеспечение, чем для обычных двигателей постоянного тока. Двигатель может поворачиваться на один шаг или вращаться с определенной скоростью, которая задается частотой выполнения шагов. С точки зрения аппаратного интерфейса шаговые двигатели немного более сложны в подключении и потребляют больший ток (то - есть имеют более низкий кпд), но эти недостатки компенсируются преимуществами, которые обеспечивает их программное управление.
ИС L297 (рис. 32) – контроллер шагового двигателя фирмы SGS-Thompson. Данная ИС осуществляет управление током обмоток двигателя по схеме управления прерыванием. ИС имеет генератор, компаратор и логические цепи управления прерыванием. Частота может быть задана внешней RC-цепью или с помощью внешнего генератора тактовых импульсов. Тактовая последовательность импульсов прерывания также синхронизирует время включения и выключения транзисторов моста для предотвращения сквозных токов.
Рис. 32. Управление шаговым двигателем интегральной схемой L297.
ИС L297 имеет четыре фазовых выхода (ABCD) и два выхода управления прерыванием (INH1, INH2). Выход с открытым коллектором НОМЕ устанавливается в НИЗКИЙ уровень, когда на фазных выходах «начальное» состояние (ABCD = 0101). ИС L297 обеспечивает управление шаговым двигателем в режимах половинных и полных шагов при выборе режима двигателя на входе HALF/FULL.
За счет тактирования частоты следования управляющих импульсов ШИМ таймером, система производит все изменения на выходе.
Промышленностью выпускаются ИС контроллеров, разработанные специально для управления двигателями постоянного тока. Типичным примером являются LM628/LM629 фирмы National Semiconductor. На Рис. 37 показано, как данные устройства могут работать в системе. ИС LM628 формирует 8-битное или 12-битное (на выбор, в зависимости от требуемого разрешения) цифровое слово для управления двигателем с использованием ЦАП. ИС LM629 формирует сигнал с ШИМ для управления двигателем с помощью моста.
Рис. 37. ИС LM628/629 фирмы National Semiconductor
В обеих ИС используется подобный МП интерфейс. Он включает 8-битную шину данных, сигналы «чтение» (READ) и «запись» (WRITE), «выбор кристалла» (CS), «начальная установка» (reset) и «выбор регистра» (register select). В ИС LM628/629 также предусмотрен выход сигнала прерывания для МП. Интерфейс двигателя включает выходной (ШИМ или ЦАП) и входной двухканальный квадратурный энкодер. Предусмотрен также вход импульсов индекса энкодера; вход является дополнительной опцией, и использовать его не обязательно.
Соединенные с ЦАП и мощным операционным усилителем (LM628) или драйвером моста (LM629), ИС LM628/629 образуют готовую систему управления двигателем. МП формирует наборы команд, таких как «переместить в позицию х с ускорением у», a LM628/629 обеспечит движение по трапецеидальному закону, то есть достижение двигателем с определенным ускорением некоторой скорости, движение с этой постоянной скоростью, замедление до остановки в заданной позиции. Позиция – это отсчет определенного числа импульсов энкодера, хранящийся в 32-битном регистре.
В ИС LM628/629 используется 2 адреса. Первый – это адрес команды, второй – адрес данных. Последовательность команд начинается с 8-битного кода операции, записываемого в регистр команд МП. За ним следует от 0 до 14 байт данных либо считываемых, либо записываемых в регистр данных.