TMC428应用电路及3轴步进电机控制器的原理

       TMC428一般从微处理器获得控制指令,微处理器则通过发送和接收固定长度的数据包对TMC428寄存器和RAM进行读写操作。TMC428的寄存器和片内RAM的功能有所不同。寄存器用于存储电机总体配置参数和运动参数,而片内RAM用于存储 驱动串行接口的配置和微步表。电机总体参数是指对驱动器菊花链中TMC236的配置。运动参数包括各电机的当前位置、目标位置、最大速度、最大加速度、电流比例、波形发生器和脉冲发生器参数以及微步细分分辨率等。片内RAM包括64个地址的数据空间,每个地址可存储24位宽的数据,前32位地址数据是对驱动器菊花链串行通信数据包的配置,后32位地址的数据为微步细分表。

       初始化以后,TMC428即可自动发送数据包到菊花链的每个TMC236,也就是说,驱动串行接口经过初始化后便可以自动工作,而不需要微处理器的参与。只要把位置、速度写进指定的寄存器就可以控制电机。TMC428的多口RAM控制器可管理数据的存取时序。这样,微处理器就可以在任何时间读写寄存器和片内RAM的数据。

       通过波形发生器可以处理存储在寄存器里的运动参数并计算电机运动速度曲线。脉冲发生器则根据波形发生器计算得到的速度来产生步进脉冲。步进脉冲产生时TMC428的驱动串行接口将自动发送数据包给步进电机驱动器菊花链以驱动步进电机。当采用微步控制时,微步单元即开始处理根据脉冲发生器产生的步进脉冲,同时根据选择的微步分辨率来产生全步、半步和微步脉冲,并通过驱动串口送给驱动器菊花链。

       驱动串行接口是TMC428与驱动器菊花链之间的通信接口。从TMC428到驱动器之间的串行数据包的长度是可配置的,以适应由不同类型和厂家的电路构成的SPI结构,最大数据长度为64bit。初始化后,TMC428与步进电机驱动器之间的通信是自动完成的。不同类型的带有SPI接口的驱动器都可以混合构成菊花链结构与TMC428进行连接。

       4 应用

       4．1 兼容性

       TMC428与大多数厂商生产的步进电机兼容。它可以直接连接带有SPI口的步进电机驱动器,也可以通过附加的器件连接常用的并口驱动器。甚至带有步进、方向输入的步进电机驱动器也可以由TMC428来控制。将步进电机驱动电路TMC236非常简单地连接成串行菊花链结构,用TMC428构成3轴步进电机进行控制可更好地发挥TMC428的特点。

　　4．2 状态

       实时监测电机运行状态对整个系统的安全和控制是很重要的,TMC428就提供有状态检测功能。每次每发送数据包给TMC428的同时,TMC428会返回数据给微处理器。大部分带有串行口的电机驱动电路都提供有不同的状态位（工作,不工作等）和错误标志（短路,开路,温度过高等）。这样,TMC428就可以在任何时候提供当前电机的运动参数和工作模式以及各状态位。从电机驱动菊花链返回给TMC428的数据包有48bit长。TMC428将其放在二个24bit的寄存器中。这样,微处理器就可以直接读取这些寄存器里的信息。

       5 系统构成的应用

       笔者采用作为系统的微处理器,结合TMC428和TMC236构成步进电机驱动控制系统。TMC236内部集成了HVC构成的双全桥驱动电路,它采用恒流斩波

驱动方式来驱动双极性二相步进电机,并具有功耗低、效率高的特点。图3所示就是3个TMC236构成3轴电机驱动器并由TMC428进行控制的原理电路图。
          

       由图3可见,采用专用步进电机运动控制器和驱动电路组成的系统具有外围电路简单、系统抗干扰能力强和可靠性高等优点,可减少的开发成本。整个系统除了电源之外只有5个,因此,体积小,控制简单,特别适用于3轴步时电机的驱动。实验证明该驱动器控制的步时电机定位精度高,加、减速性能良好,同时,启停、反转性能也很优良。