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3軸電機控制芯片TMC429原理以及應用
步進伺服傳動設(shè)備有限公司
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3軸步進電機控制芯片-TMC429的原理應用及閉環(huán)控制方案
---- 集成三軸步進控制,帶有SPI和step/dir控制信號輸入口;和TMC428完全兼容
 
摘 要:專用步進電機控制器可以控制多達3軸步進電機,內(nèi)部集成波形發(fā)生器,脈沖發(fā)生器,可以實現(xiàn)3軸聯(lián)動以及獨立動作?纱蟠鬁p少外部電路的設(shè)計,減輕上位微處理器的負擔。
關(guān)鍵詞:  SPI ; 控制 ; 波形發(fā)生器 ; 脈沖發(fā)生器
目前許多設(shè)備上需要用到多個電機的控制,在設(shè)計開發(fā)過程中自然會增加開發(fā)難度,而且難度隨著控制軸數(shù)的增多而增大。TMC429是TRINAMIC公司開發(fā)的3軸步進電機控制芯片,它可以減少外圍電路,減少電機控制軟件設(shè)計的工作量,降低開發(fā)成本,縮短研發(fā)時間。
TMC429具有系統(tǒng)所需的所有運動控制功能,以其為核心控制3個TMC2X6,TMC2X9,TMC26X(該公司的驅(qū)動芯片,詳細資料 http://www.trinamic.com/tmc/render.php?sess_pid=152
構(gòu)成3軸步進系統(tǒng)的控制和驅(qū)動功能,該控制系統(tǒng)具有體積小,結(jié)構(gòu)簡單,內(nèi)部可構(gòu)成虛擬閉環(huán)等許多優(yōu)點。IO部分可以由其上位的微控制器來實現(xiàn)。
1. 主要性能
  TMC429是小尺寸、高性價比的二相步進電機控制芯片。它帶有二個獨立的SPI口,可分別與微處理器和帶有SPI接口的步進電機驅(qū)動器相連以構(gòu)成完整的系統(tǒng)。其控制指令可由微處理器通過SPI接口給定。TMC429提供了所有與數(shù)字運動控制有關(guān)的功能,包括位置控制、速度控制及微步控制等步進電機常用的控制功能。這些功能如果讓微處理器來完成,則需占用大量的系統(tǒng)資源,所以它的使用可將微處理器解放出來,以把資源用在接口的擴展和對步進電機的更高層次的控制上。此外,TMC236也是TRINAMIC公司開發(fā)的帶有串行接口的步進電機驅(qū)動器。3個TMC236連結(jié)構(gòu)成的菊花鏈(Daisychain)結(jié)構(gòu)便是一種基于串行通訊的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),可以使多個具有串行通信接口的設(shè)備以接力的方式傳遞數(shù)據(jù)。TMC429可以通過SPI接口與它們相連接,以同時控制3個二相步進電機。
TMC429的主要特點如下:
●      可以控制多達3軸的2相步進電機而且各軸之間可以獨立運行
●      與微控制芯片和驅(qū)動芯片通過簡單的SPI通訊,使用簡單,便于構(gòu)成虛擬的閉環(huán)網(wǎng)絡,控制器可以時刻得知驅(qū)動器的狀態(tài);也可以輸出step/dir控制信號
●      寬范圍時鐘頻率,CUP時鐘頻率可高達32MHz
●      內(nèi)有24bit位置計數(shù)器
●      根據(jù)微處理器給定的電機運動參數(shù)(位置,速度、加速度),依照梯形或三角形的速度由線產(chǎn)生驅(qū)動脈沖波形和順序,來對電機進行位置和速度控制?梢栽陔姍C運行過程中更改電機參數(shù)如速度,加速度,目標位置等。
●      可微步控制。采用6位分辨率的微步細分可實現(xiàn)64,32,16,8,4,2,1。每個電機可分別選擇其需要的微步分辨率。滿步頻率最高達20kHz。
●      通過可編程電流比例控制,可以使電機在不同的工作狀態(tài)下采用大小不同的工作電流?刂齐姍C工作可在8個檔次上,分別是最大電流的12.5%、25%、37.5%、50%、62.5%、75%、87.5%、100%
 
TMC429的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。TMC429是由各個單元的寄存器和片內(nèi)RAM構(gòu)成的。其內(nèi)部包括二個外部串行接口、波形發(fā)生器和脈沖發(fā)生器、微步單元、多口RAM控制器和中斷控制器。
TMC429一般從微處理器獲得控制指令,微處理器則通過發(fā)送和接收固定長度的數(shù)據(jù)包對TMC429寄存器和RAM進行讀寫操作。TMC429的寄存器和片內(nèi)RAM的功能有所不同。寄存器用于存儲電機總體配置參數(shù)和運動參數(shù),而片內(nèi)RAM用于存儲 驅(qū)動串行接口的配置和微步表。電機總體參數(shù)是指對驅(qū)動器菊花鏈中TMC236的配置。運動參數(shù)包括各電機的當前位置、目標位置、最大速度、最大加速度、電流比例、波形發(fā)生器和脈沖發(fā)生器參數(shù)以及微步細分分辨率等。片內(nèi)RAM包括64個地址的數(shù)據(jù)空間,每個地址可存儲24位寬的數(shù)據(jù),前32位地址數(shù)據(jù)是對驅(qū)動器菊花鏈串行通信數(shù)據(jù)包的配置,后32位地址的數(shù)據(jù)為微步細分表。
    初始化以后,TMC429即可自動發(fā)送數(shù)據(jù)包到菊花鏈的每個TMC2X6或TMC2X9驅(qū)動芯片,也就是說,驅(qū)動串行接口經(jīng)過初始化后便可以自動工作,而不需要微處理器的參與。只要把位置、速度寫進指定的寄存器就可以控制電機。TMC429的多口RAM控制器可管理數(shù)據(jù)的存取時序。這樣,微處理器就可以在任何時間讀寫寄存器和片內(nèi)RAM的數(shù)據(jù)。
    通過波形發(fā)生器可以處理存儲在寄存器里的運動參數(shù)并計算電機運動速度曲線。脈沖發(fā)生器則根據(jù)波形發(fā)生器計算得到的速度來產(chǎn)生步進脈沖。步進脈沖產(chǎn)生時TMC429的驅(qū)動串行接口將自動發(fā)送數(shù)據(jù)包給步進電機驅(qū)動器菊花鏈以驅(qū)動步進電機。當采用微步控制時,微步單元即開始處理根據(jù)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的步進脈沖,同時根據(jù)選擇的微步分辨率來產(chǎn)生全步、半步和微步脈沖,并通過驅(qū)動串口送給驅(qū)動器菊花鏈。
    驅(qū)動串行接口是TMC429與驅(qū)動器菊花鏈之間的通信接口。從TMC429到驅(qū)動器之間的串行數(shù)據(jù)包的長度是可配置的,以適應由不同類型和廠家的電路構(gòu)成的SPI環(huán)形結(jié)構(gòu),最大數(shù)據(jù)長度為64bit。初始化后,TMC429與步進電機驅(qū)動器之間的通信是自動完成的。不同類型的帶有SPI接口的驅(qū)動器都可以混合構(gòu)成菊花鏈結(jié)構(gòu)與TMC429進行連接。
  4、應用
    4.1 兼容性
    TMC429與大多數(shù)廠商生產(chǎn)的步進電機驅(qū)動電路兼容。它可以直接連接帶有SPI口的步進電機驅(qū)動器,也可以通過附加的器件連接常用的并口驅(qū)動器。甚至帶有步進、方向輸入的步進電機驅(qū)動器也可以由TMC429來控制。將步進電機驅(qū)動芯片TMC2X6或TMC2X9非常簡單地連接成串行菊花鏈結(jié)構(gòu),用TMC429構(gòu)成3軸步進電機控制系統(tǒng)進行控制可更好地發(fā)揮TMC429的特點。
 4.2 狀態(tài)檢測
    實時監(jiān)測電機運行狀態(tài)對整個系統(tǒng)的安全和控制是很重要的,TMC429就提供有狀態(tài)檢測功能。每次每處理器發(fā)送數(shù)據(jù)包給TMC429的同時,TMC429會返回數(shù)據(jù)給微處理器。大部分帶有串行口的電機驅(qū)動電路都提供有不同的狀態(tài)位(工作,不工作等)和錯誤標志(短路,開路,溫度過高等)。這樣,TMC429就可以在任何時候提供當前電機的運動參數(shù)和工作模式以及各狀態(tài)位。從電機驅(qū)動菊花鏈返回給TMC429的數(shù)據(jù)包有48bit長。TMC429將其放在二個24bit的寄存器中。這樣,微處理器就可以直接讀取這些寄存器里的信息,比如在可以電機運動過程中時間檢測電機位置,速度,加速度甚至電流等參數(shù)。
5.系統(tǒng)的構(gòu)成
采用RAM或簡單,廉價的單片機做系統(tǒng)的微處理器,結(jié)合TMC429和驅(qū)動芯片TMC2X6(TMC236,239)或TMC2X9(TMC239,249)構(gòu)成3軸步進電機的控制和驅(qū)動。其中TMC236,TMC246內(nèi)部本身集成了HVCMOSFET構(gòu)成的雙橋驅(qū)動電路,采用恒流斬波驅(qū)動方式來驅(qū)動雙極性兩相步進電機,并具有功耗低,效率高的優(yōu)點。整個系統(tǒng)如圖4所示
.閉環(huán)控制方案:
TMC423或TMC424是TRINAMIC開發(fā)的編碼器解碼芯片,可以接收3軸增量式編碼器輸入。
更多詳情聯(lián)系:13812617052   QQ:290372599

 

狀 態(tài): 離線

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公司名稱: 步進伺服傳動設(shè)備有限公司
聯(lián) 系 人: Sunny
電  話: 0512-82079524
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地  址: 蘇州高新區(qū)
郵  編: 215011
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