文档介绍：3轴步进电机控制芯片-TMC428的原理以应用
(苏州钧信自动控制有限公司高伟)
摘要:专用步进电机控制器可以控制多达3轴步进电机,内部集成波形发生器,脉冲发生器,可以实现3轴联动以及独立动作。可大大减少外部电路的设计,减轻上位微处理器的负担。
关键词: SPI ; 控制; 波形发生器; 脉冲发生器
目前许多设备上需要用到多个电机的控制,在设计开发过程中自然会增加开发难度,而且难度随着控制轴数的增多而增大。TMC428是TRINAMIC公司开发的3轴步进电机控制芯片,它可以减少外围电路,减少电机控制软件设计的工作量,降低开发成本,缩短研发时间。
TMC428具有系统所需的所有运动控制功能,以其为核心控制3个TMC2X6或TMC2X9(该公司的驱动芯片)构成3轴步进系统的控制和驱动功能,该控制系统具有体积小,结构简单,内部可构成虚拟闭环等许多优点。IO部分可以由其上位的微控制器来实现。
主要性能
  TMC428是小尺寸、高性价比的二相步进电机控制芯片。它带有二个独立的SPI口,可分别与微处理器和带有SPI接口的步进电机驱动器相连以构成完整的系统。其控制指令可由微处理器通过SPI接口给定。TMC428提供了所有与数字运动控制有关的功能,包括位置控制、速度控制及微步控制等步进电机常用的控制功能。这些功能如果让微处理器来完成,则需占用大量的系统资源,所以它的使用可将微处理器解放出来,以把资源用在接口的扩展和对步进电机的更高层次的控制上。此外,TMC236也是TRINAMIC公司开发的带有串行接口的步进电机驱动器。3个TMC236连结构成的菊花链(Daisychain)结构便是一种基于串行通讯的网络结构,可以使多个具有串行通信接口的设备以接力的方式传递数据。TMC428可以通过SPI接口与它们相连接,以同时控制3个二相步进电机。
TMC428的主要特点如下:
可以控制多达3轴的2相步进电机而且各轴之间可以独立运行
与微控制芯片和驱动芯片通过简单的SPI通讯,使用简单,便于构成虚拟的闭环网络,控制器可以时刻得知驱动器的状态
内有24bit位置计数器
根据微处理器给定的电机运动参数(位置,速度、加速度),依照梯形或三角形的速度由线产生驱动脉冲波形和顺序,来对电机进行位置和速度控制。可以在电机运行过程中更改电机参数如速度,加速度,目标位置等。
可微步控制。采用6位分辨率的微步细分可实现64,32,16,8,4,2,1。每个电机可分别选择其需要的微步分辨率。满步频率最高达20kHz。
通过可编程电流比例控制,可以使电机在不同的工作状态下采用大小不同的工作电流。控制电机工作可在8个档次上,%、25%、%、50%、%、75%、%、100%
●根据不同的应用提供有SSOP16、SOP24,DIL20三种封装可选。如图1
图1 不同的封装方式
引脚功能
TMC428的引脚
测试脚。使用时接地,接地应尽可能在引脚附近
TEST
接地
GND
+,应外接470nF电容器
V33
+5V电源
V5
参考开关输入,可以外接限位开关,以引发TMC428内部中断功能
REF
驱动SPI接口数据输入,应接上拉或下拉电阻器
SDI_S
驱动SPI接口的数据输出
SDO