微步進(jìn)電機(jī)控制器

NJU39610D2NJU3S610FM2NJU39610D2NJU3S610FM2帶有雙DAC的微步進(jìn)電機(jī)控制器?概述NJU39610是一個(gè)雙7位加標(biāo)志位，與NJM3771配合使用特色擴(kuò)展數(shù)模轉(zhuǎn)換，應(yīng)用于微步進(jìn)精度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。NJU39610有一個(gè)8位數(shù)據(jù)端口帶有輸入寄存器，容易直接與微處理器連接。NJU39610很適合高速微步進(jìn)應(yīng)用。?特性：1.模擬控制電壓從3V到0V2?微處理器的高速接口自動(dòng)快/慢電流衰減控制滿刻度誤差 土1LSB（最少分辨率）速度變換快 3出與NJM3771匹配使用封裝形式DIP22/PLCC28?內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖:DA1SrgnR,圖1.方框圖:vref|jZ22]Rese:DA,[7Sign1叵21IDA223]Sigilsmud?□回0ElG]□CDi叵國CD；□■C，V，3D{LWR叵[ID€D5[￡□4D3NJU

39S1DD2囤vss■7OSPlA1■3D1■2D2[T12A1.-C

nHNJU39610FM2S￡...回￡sJ固OQlyLU醤E]回s曰□因□圖2.引腳結(jié)構(gòu)圖:引腳描述參考圖2.DIPPLCC標(biāo)記描述19VRef參考電源電壓引腳，正常2.5V（最大3V）210DA]數(shù)模轉(zhuǎn)換1，輸出電壓，輸出在0.0V和Vr-1LSB之間312Sign]狀態(tài)位（標(biāo)志位）1，TTL/CMOS電平，直接與NJM3771狀態(tài)輸入引腳相連，來自NJU39610輸入數(shù)據(jù)第7位同相轉(zhuǎn)換得到。413CD1電流衰減1,TTL/CMOS電平標(biāo)志是可編程的自動(dòng)產(chǎn)生衰減電。低電平=快速電流衰減。514VDD邏輯部份供電電源，電壓正常值是5V615WR寫，TTL/CMOS電平，為寫入內(nèi)部寄存器而輸入。716D7數(shù)據(jù)7位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第7位817D6數(shù)據(jù)6位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第6位919D5數(shù)據(jù)5位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第5位1020D4數(shù)據(jù)4位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第4位1121D3數(shù)據(jù)3位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第3位1223D2數(shù)據(jù)2位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第2位1324D1數(shù)據(jù)1位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第1位1425D0數(shù)據(jù)0位，TTL/CMOS電平，輸入數(shù)據(jù)字節(jié)第0位1527A0電址位0，TTL/CMOS電平，選擇輸入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，A0選擇通道1（A0=低電平）和通道2（A0=高電平）之一1628A1地址位，TTL/CMOS電平，選擇輸入數(shù)據(jù)，A1通常有兩種可供選擇，D/A可編程寄存器（A1=LOW）和可編程衰減電平寄存器。（A1=HIGH）171CS片選，TTL/CMOS電平，選擇芯片輸入和激活輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，低電平是選中芯片。182VSS電源地引腳，所有信號(hào)0V電平參考點(diǎn)和除其它的標(biāo)記量193CD2參考CD1204Sig^參考Sign]216DA2參考DA1227Reset復(fù)位，對輸入內(nèi)部寄存器進(jìn)行復(fù)位，咼電平復(fù)位，VRes三3.5V為咼電平，內(nèi)部低電平58下拉電阻。182226N/C不連接?術(shù)語解釋(DEFINITIONOFTERMS)分辨率(Resolution)分辨率的定義是數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出了離散步進(jìn)轉(zhuǎn)換，它與數(shù)模轉(zhuǎn)換內(nèi)部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換位有直接關(guān)系，例如：NJU39610有27或128位，輸出電平因此由7位來決定，記住它不能與有用的微步數(shù)據(jù)相等。線性誤差(LinearityError)線性誤差是：由一條直線穿過數(shù)模傳輸特性曲線到終點(diǎn)的最大偏差，它有利于零刻度調(diào)整和滿刻度調(diào)整，線性誤差是一個(gè)器件固有的參數(shù)和不可外圍修正。供電電壓靈敏度(PowerSupplySensitivity)供電電壓靈敏度是衡量由電源、電壓的變化對數(shù)模轉(zhuǎn)換滿刻度輸出的影響。穩(wěn)定時(shí)間(SettlingTime)滿刻度電流穩(wěn)定時(shí)間是由輸出電流由零到滿刻度或由滿刻度到零變化所需求的時(shí)間，由代碼轉(zhuǎn)換直到(數(shù)模轉(zhuǎn)換在土(1/2)LSB范圍內(nèi))轉(zhuǎn)換輸出最終值所需時(shí)間是穩(wěn)定時(shí)間，滿刻度誤差是衡量理想中的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出與實(shí)際器件輸出它們之間的輸出誤差。非線性的差異(DifferentialNon-linearity)任何兩組連續(xù)的代碼在1LSB的理論轉(zhuǎn)換曲線中轉(zhuǎn)換得到它們兩者的不同，稱為非線性差異。單向(調(diào))性(Monotonic)如數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸出隨輸入越來越多的數(shù)字代碼而增加，則該數(shù)模轉(zhuǎn)換具有單向性，判斷7位數(shù)模轉(zhuǎn)換是否是一個(gè)7位單向性，簡單方法是增加輸入數(shù)字代碼將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)增加的模擬量輸出,NJU39610是一個(gè)7位單向(調(diào))性的芯片。?功能介紹(FUNCTIONALDESCRIPTION)每一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換通道包含有兩個(gè)寄存器，一個(gè)數(shù)字比較器，一個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部方框圖在第1頁。有一個(gè)寄存器存儲(chǔ)了電流等級(jí)，接下來，快速電流衰減的開始，在這種狀態(tài)下由CD的輸出來確定是快或慢速電流衰減在驅(qū)動(dòng)電路中的使用。這個(gè)數(shù)字比較器將每一個(gè)新變量與上一個(gè)變量進(jìn)行比較和這個(gè)變量為快速衰減電流的調(diào)整等級(jí)值。如果新變量最小，快速電流衰減條件成立，這觸發(fā)器置位CD輸出，這個(gè)CD輸出刷新是在每個(gè)新變量裝入到數(shù)模轉(zhuǎn)寄存器中。這個(gè)快速電流衰減信號(hào)是由驅(qū)動(dòng)電路使用，NJM3771,去改變控制電路輸出級(jí)的電流，這是為了避免電流對電動(dòng)機(jī)高速步進(jìn)和負(fù)電流停止期間的拖拉(阻礙)。插圖如9所示，有八個(gè)不同的快速電流衰減等級(jí)可供選擇。標(biāo)志位輸出發(fā)生在相位變化時(shí)，例如：在相繞組中電流方向相反。

■OutputA.dualGsirierror/么orrsct/.Endpcnon-liiintlearity//yer ■orFullscale1npiit圖5圖3、數(shù)模轉(zhuǎn)換誤差大于1位的非線性差異(偏差)，輸出是非單向性(調(diào)性)圖4、數(shù)模轉(zhuǎn)換誤差小于1位的非線性偏差輸出是單向性(調(diào)性)圖5、數(shù)模轉(zhuǎn)換誤差，非線性、增量和偏移誤差。數(shù)據(jù)總線接口(DataBusInterface)NJU39610是一款與8位微處理器很好兼容性的芯片，如有：6800、6801、6803、6808、6809、8051、8085、Z80和其它通用類型，還有16/32位部分控制器的8位數(shù)據(jù)模式。數(shù)據(jù)總線由8位數(shù)據(jù)線，寫信號(hào)、片選和兩根地址引腳組成。所有輸入都與TTL電平兼容(除復(fù)位引腳之外)，兩個(gè)地址線引腳控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到內(nèi)部四個(gè)D寄存器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換按照圖10和在寫信號(hào)的正邊緣。電流方向'標(biāo)志位1和標(biāo)志位2(CurrentDirection,Sign1&Sign?)這些標(biāo)志位是當(dāng)寫入各自的數(shù)模轉(zhuǎn)換寄存器中轉(zhuǎn)換D7位而得來，A0和A1的設(shè)置必須按照圖10的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換表進(jìn)行。電流衰減CD和CD(CurrentDecay,CD&CD)1212CD1和CD2兩個(gè)起低電平作用信號(hào)時(shí)(低電平=快速電流衰減)，CD1要發(fā)揮作用，則要前一個(gè)數(shù)據(jù)變量確實(shí)比新的數(shù)據(jù)值要大和這個(gè)變量的等級(jí)確實(shí)比新變量等級(jí)大，CD1是每當(dāng)新變量裝載到數(shù)模轉(zhuǎn)換寄存器中刷新。CD1的邏輯解釋(關(guān)系)：CD1=NOT{[(D6-D0)<(Q61-Q01)]AND[(D6-D4)<(L61-L41)]}d6-d0是發(fā)送到數(shù)模轉(zhuǎn)換寄存器中的新變量q6「?q01是數(shù)模轉(zhuǎn)換寄存器中的原變量

L61-L41是3位設(shè)置的電流衰減等級(jí)在等級(jí)寄存器1中。CD2的邏輯解釋(關(guān)系)與CD]相似：CD2=NOT{[(D6???Do)V(Q62???Q02)]AND[(D6???D4)V(L62???L42)]}L62-L42是寄存在第2通道衰減等級(jí)寄存器中的程序設(shè)計(jì)變量。d6-d0和q62-q02分別是存在數(shù)模轉(zhuǎn)換寄存中的新變量和原變量。兩個(gè)衰減等級(jí)寄存器，LEVEL1和LEVEL2每個(gè)是由3個(gè)觸發(fā)器組成，和他們比較取反數(shù)模轉(zhuǎn)換寄存器中的變量中的三位更多的重要位、標(biāo)志位除外。.I2[mA：imMrnSli[mA]中的三位更多的重要位、標(biāo)志位除外。.I2[mA：imMrnSli[mA]圖6b圖6a、假如轉(zhuǎn)矩是與繞組電流成一定比例關(guān)系可能畫成圖8b圖6b、舉個(gè)例子在經(jīng)確定轉(zhuǎn)矩滿步進(jìn)偏進(jìn)偏差到達(dá)的位置，注意1:st沒有很高的分辨率。數(shù)據(jù)點(diǎn)是放大為說明效果的，總數(shù)據(jù)代碼=127位代碼。圖7、電動(dòng)機(jī)的延遲電流在高步進(jìn)速度和衰減電流時(shí)的影響，快速衰減電流將會(huì)有可能使電流按照理想的正弦曲線變化，輸出沒有顯示出信號(hào)的變化。CSA0A1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換000D7-Sign1,(D6—DO)-(061—001)，新變量-CD1001(D6—D4)—仃,61—L01)010D7-Sign2，(D6—D0)—(062—002)，新變量—CD2011(D6—D4)-(L62—L02)1XX不轉(zhuǎn)換圖8、表格顯示NJU39610內(nèi)部數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行轉(zhuǎn)換的

DA和DA12他們是數(shù)模轉(zhuǎn)換通道1和數(shù)模轉(zhuǎn)換通道2的輸出，輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換器是內(nèi)部數(shù)據(jù)總線（Q6「?Q01）和（Q62…Q02）參考電壓VRef（ReferenceVoltageVRef）VRef是兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入的一個(gè)模擬量。設(shè)計(jì)特別注意，給很低的電平從引腳接一個(gè)下拉電阻VRef可使用從0.0V到VDD中的任何一個(gè)值，但是當(dāng)大于3V時(shí)輸出可能變?yōu)榉蔷€性輸出。上電復(fù)位（Power-onReset）這是上電自動(dòng)對內(nèi)部寄存器復(fù)位，兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出和所有的數(shù)字電路輸出到零電位。復(fù)位（Reset）如果復(fù)位引腳沒用，讓它懸空。當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于不穩(wěn)定位置脈沖修改電動(dòng)機(jī)位置后的脈沖 寫信號(hào)UU LTULTU電機(jī)位置木A '~寫入第1通道寫入第2通道 ■-寫脈沖=錯(cuò)誤位置 寫信號(hào)雙脈沖 理想數(shù)據(jù)=想得到的位置有用脈沖=正確的位置 實(shí)際數(shù)據(jù)=正確位置普通關(guān)系圖9、設(shè)計(jì)雙脈沖輸入和輸出信號(hào)有用脈沖=有用脈沖=幾乎正確位置圖10、設(shè)計(jì)單脈沖輸入和輸出信號(hào)最大值的絕對范圍（ABSOLUTEMAXIMUMRATINGS）參數(shù)引腳編號(hào)（符號(hào)）標(biāo)號(hào)最小值最大值單位電壓電源電壓輸入邏輯電壓輸入?yún)⒖茧妷?6-171VDD參數(shù)引腳編號(hào)（符號(hào)）標(biāo)號(hào)最小值最大值單位電壓電源電壓輸入邏輯電壓輸入?yún)⒖茧妷?6-171VDDVr-0.3-0.3Vdd+0?3Vdd+0?3電流輸入邏輯6-17I1-0.4+0.4mA溫度存儲(chǔ)溫度Tstg-55+150°C運(yùn)行周圍環(huán)境溫度Topr-20+85°C*參考DIP封裝?參考運(yùn)行條件(RECOMMENDEDOPERATINGCONDITIONS)參數(shù)標(biāo)號(hào)最小值典型值最大值單位供電電壓Vdd4.7555.25V參考電壓（電源為5V）Vr02.53.8V?電氣特性(ELECTRICALCHARACTERISTICS)電氣特性是額外的參考運(yùn)行條件參數(shù)標(biāo)號(hào)條件最小值典型值最大值單位輸入邏輯輸入復(fù)位邏輯高電平電壓vihr3.5V輸入復(fù)位邏輯低電平電壓vttn--0.1v邏輯高電平輸入電壓ILRvih2.0v邏輯低電平輸入電壓Vil0.8v復(fù)位電流IIRVss<ViR<VDD—0.011mA其它輸入，輸入電流IISS IR DDvss<vi<vdd-11AA輸入電容容量3pF內(nèi)部時(shí)序特性地址線上升時(shí)間t當(dāng)A0,A1有效60ns數(shù)據(jù)線上升時(shí)間tds當(dāng)D0-D7有效60ns片選線上升時(shí)間dst70ns地址保持時(shí)間tah20ns數(shù)據(jù)保持時(shí)間ah20ns片選保持時(shí)間tc.20ns寫信號(hào)周期長度cht50ns復(fù)位信號(hào)周期長度tR80ns輸入?yún)⒖驾斎腚娮鑂Ref69-kohm輸出邏輯信號(hào)高電平輸出電流Vo=2.4V-13mA低電平輸出電流OHIOLOVo=0.4V1.75mA寫信號(hào)傳輸延遲tP寫信號(hào)正電平邊沿輸出有效，耦合電容120pF30ns復(fù)位延遲PWRtPR復(fù)位輸出有效正電平邊沿，耦合電容120pF-60ns數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出PR斷開復(fù)位，VRef=2.5V正常輸出電壓vdarci0vrf-1LSBv分辨率7RefBits偏移誤差0.20.5LSB增量誤差0.10.5LSB非線性端點(diǎn)0.20.5LSB非線性差異0.20.5LSB負(fù)載誤差Vda（空載）一Vda（有載）負(fù)載電阻2.5ko,轉(zhuǎn)換127的代碼-0.10.5LSB供電電源靈敏度轉(zhuǎn)換127的代碼4.75V<Vdd<5.25V0.10.3LSB轉(zhuǎn)換速度?ac在土0.5LSB滿刻度轉(zhuǎn)換到最終穩(wěn)定值，負(fù)載電阻2.5kQ，負(fù)載電容50pF-38As

圖12、復(fù)位時(shí)序波形圖應(yīng)用資料(APPLICATIONSINFORMATION)多少步長這些步進(jìn)電機(jī)可獲得很多不同的可靠的參數(shù)。例如，這些數(shù)據(jù)位在數(shù)模轉(zhuǎn)換中轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換誤差，可承受的轉(zhuǎn)矩紋波，單/雙脈沖程序，這電機(jī)電氣特性、機(jī)械特性、磁質(zhì)特性等。電動(dòng)機(jī)的完全應(yīng)用還有一定的局限性，克服磨擦力、反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)線性等。認(rèn)識(shí)到這些電流等級(jí)很重要，128不是有用步、128是這些電流等級(jí)(參考電壓等級(jí))，為每一部分驅(qū)動(dòng)電路都有用。結(jié)合電流等級(jí)和繞組128個(gè)電流等級(jí)中在任何一個(gè)繞組中產(chǎn)生128個(gè)等級(jí)電流，象這樣擴(kuò)算的話，在兩個(gè)繞組中可得到16384個(gè)不同的電流等級(jí)，記住這16384個(gè)小位置不是都有用，轉(zhuǎn)矩可從100臺(tái)到0%變化，而且其中的一些項(xiàng)將會(huì)起相同的作用，單個(gè)例子，如果一個(gè)線圈中的電平為0,你仍能夠改變128個(gè)等級(jí)，所有的這些結(jié)合起來除了一個(gè)變化的轉(zhuǎn)矩，將會(huì)給你一樣的情況。典型應(yīng)用在一個(gè)沒有或有微處理器系統(tǒng)中的使用步進(jìn)處理器的解決方法。沒有微處理器，步進(jìn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)數(shù)器的ROM中的適當(dāng)位置。步進(jìn)和方向是由時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器的高低電平實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)，這是在一個(gè)沒有微處理器或是多任務(wù)大負(fù)載的系統(tǒng)中的理想解決方案。在一個(gè)有微處理器的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在ROM/RAM的某一區(qū)域或每步數(shù)據(jù)計(jì)算連續(xù)的，NJU39610是可連接處理器件的可用地址，步進(jìn)參數(shù)能夠?yàn)榇_定特殊需要而配制等，這是在一個(gè)有微處理器的系統(tǒng)中的解決方案，且有符加功能和成本低，比較簡單，典型應(yīng)用見圖14、?使用提示(UserHints)當(dāng)接通電源后絕不能將集成塊或PCB板短接。在你希望要建立什么樣轉(zhuǎn)矩要選擇好電機(jī)的速度與電流，如果電機(jī)沒有速度vMM電壓，一個(gè)高電壓電源可獲得比較好的步進(jìn)性能，電流可在NJM3771運(yùn)行下可進(jìn)行調(diào)節(jié)，一個(gè)普通的步進(jìn)電機(jī)也許可能獲得滿意的結(jié)果，但在微步進(jìn)中，推薦使“適用微步進(jìn)”電機(jī)，這種類型的電機(jī)平穩(wěn)性好，具有兩個(gè)主要的不同點(diǎn)，這靜態(tài)/動(dòng)態(tài)兩者之間的關(guān)系是不相等的和較低的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。NJU39610的處理程序能夠產(chǎn)生想要確定的微步長數(shù)，如1/4步長，1/2步長，全步長和驅(qū)動(dòng)波形?？焖倩蚵匐娏魉p在實(shí)際應(yīng)用中這動(dòng)態(tài)和靜態(tài)運(yùn)行的兩者不同必須確定什么時(shí)候使用快速或慢速電流衰減，當(dāng)?shù)退俨竭M(jìn)運(yùn)行時(shí)通常使用慢電流衰減，這將有益于驅(qū)動(dòng)部分的很小的電流紋波，精確而且全面的平均電流和在正弦——余弦曲線的正電平邊緣正常的增加電流?？焖偎p電流使用在高速運(yùn)行中是為避免電流延遲丟失步長位置和校正步進(jìn)角度中有效。缺陷在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中必須考慮每一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的慣性，轉(zhuǎn)子和負(fù)載的慣性在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中起有重要作用。這不像直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)是個(gè)同步電機(jī)和負(fù)載變化也不會(huì)改變它的速度。這要仔細(xì)查看一個(gè)典型電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與速度相比曲線圖來表示靈敏的轉(zhuǎn)矩在降速到停止及啟動(dòng)到停止不出錯(cuò)的變化情況。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)矩要求以立方次關(guān)系的速度改變增量，對于一些高性能的電動(dòng)機(jī)，控制加速和減速應(yīng)考慮是否通過微步進(jìn)方式去改進(jìn)全面性能。NJU39610設(shè)計(jì)方法(ProgrammingNJU39610)NJU39610有兩種不同的基本設(shè)計(jì)方法，它