采用MCU和DSP實現基於USB的4步進電機控製器設計
發布時間:2020-04-24 責任編輯:lina
【導讀】USB的眾多便利使設計師能將該總線用於許多應用。例如,圖中顯示的是一個利用現成的便宜器件搭建的基於USB的4步進電機控製器。該電路采用MCU和DSP。它利用簡單邏輯電路和應用軟件控製步進電機的選擇、其順/逆時針的運行方向以及三種步進幅度:全步、半步和微步。
USB的眾多便利使設計師能將該總線用於許多應用。例如,圖中顯示的是一個利用現成的便宜器件搭建的基於USB的4步進電機控製器。該電路采用MCU和DSP。它利用簡單邏輯電路和應用軟件控製步進電機的選擇、其順/逆時針的運行方向以及三種步進幅度:全步、半步和微步。
該設計基於一個USB轉FIFO的並行接口模塊(IC1)。這款名為DLP-USB245M的模塊提供8位雙向數據總線和諸如WR、RD、RXF和TXE等控製信號,利用這些信號控製PC和任何采用USB協議的外接電路的數據流。
利用該模塊免去了需應付繁瑣的USB接口的工作。另外,該模塊帶可通過高級語言容易快速地控製模塊功能的驅動器軟件,從而無需太多牽掛USB協議。
該控製器電路的其餘部分包括諸如8D觸發器(74LS273)、反向器(7416)和3/8譯碼器以及達林頓陣列驅動器(ULN2003)等通用數字器件。USB轉FIFO模塊采用外接5V供電,5V接至腳3、10和11。
其工作過程如下:當PC不向USB轉FIFO模塊發送數據時,IC1的發送緩存器為空,且RXF保持邏輯1。這使得D觸發器(IC2)的RD和CLK為邏輯0,所以,IC2的輸出保持不變。但,若PC向USB轉FIFO模塊接收緩存器發送一個字節,則RXF被拉低,自動指示最少有1字節數據可用。

經過短暫延時後,它將RD和CLK信號置1,且發送緩存器的數據字節輸出(出現在D0-D7)在IC2的輸出被鎖存。一旦數據傳輸完成且如果發送緩存器為空,RXF返回邏輯1。這意味著沒更多數據可用。此舉,又將RD置為邏輯0,以便能進一步傳輸數據。
鎖存數據低4位(IC2的Q0-Q3)驅動其它4個8D觸發器(74LS273),而Q4和Q5控製3/8譯碼器(IC3)。在反向後,譯碼器的輸出(A‘、B’、C‘、D’)作為IC4-IC7的時鍾。達林頓陣列驅動器(IC8-IC11)放大IC4-IC7的輸出,以便它們可驅動步進電機線圈。這樣,通過向IC1寫入一個正確字節,PC可選擇4個步進電機之一並如願驅動其電機線圈。
例如,當PC向USB轉FIFO模塊發送數據0x0A時,步進電機1被選且其線圈以L1 L2 L3 L4 = 1 0 1 0的模式得電。為使步進電機1前轉一步,PC發送的下一個字節是0x09;若想使其反轉,PC發送0x06。
表中列出的是控製4個步進電機以全步運行的字節值。通過適當變化,用戶可以半步和微步操控電機。數據字節寫入的速率——也即,連續數據的寫入間隔——控製步進電機的速度。
除電流放大器和USB-FIFO轉換器外,分立器件可用CPLD/FPGA實現。可以多種方式開發電機控製軟件。你可采用C或VB或類似LabVIEW等圖形程序。若采用與IC1一道提供的VCP(虛擬COM端口)驅動器軟件(免費下載),應用程序將視USB步進電機控製器模塊為另一個COM口。但,設置波特率的指令將被忽略且數據將以最快的速度被發送(而不管應用的波特率設置)。你還可采用Windows提供的D2XX直接驅動器,這樣,你就可直接控製各項操作,比如“FIFO_寫”等。
為對電路功能進行基本測試,你既可利用提供的DLPTEST應用軟件或簡單借助諸如Hyperterminal等串口程序來不斷發送所需字節。在此展示的設計采用12和5V外接電源。所以,你必須留意,當關閉PC或USB集線器(若使用)時,USB總線內的電流也被關斷。
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