CN110022101A - 基于fsmc的多步进电机驱动方法、电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于FSMC的多步进电机驱动电路，包括FSMC控制器、片选电路、译码锁存电路、缓存电路。本发明还涉及基于FSMC的多步进电机驱动方法及装置。本发明通过对FSMC控制器的写指令对步进电机驱动器的功能进行配置，并且通过配置FSMC控制器内部存储实现编程步进电机的加减速曲线，有效减少软件编程的复杂性；本发明实现对多个步进电机的驱动控制，占用单片机资源少，降低单片机输入输出端资源要求，从而降低成本。此外，本发明通过外接光电开关反馈步进电机的运动状态达到闭环控制的目的，实现步进电机的精确定位。

Description

基于FSMC的多步进电机驱动方法、电路及装置

技术领域

本发明涉及步进电机驱动电路，具体涉及基于FSMC的多步进电机驱动方法、电路及装置。

背景技术

在实际的很多应用中，步进电机作为重要的执行部件，得到广泛的应用，每个设备中步进电机的数据量少则数个多则数十个。关于步进电机的控制最大特点，是通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速有脉冲信号频率决定。在研究分析PWM脉冲信号控制步进电机原理的基础上，实际应用中要求控制步进电机启动、加速、高速、减速及到达不同目标位置后同时制动，其中的所用到的闭环控制算法需要软件编程解决。

传统的步进电机驱动电路，对每个电机的驱动需要独立的一个定时器和数个IO端口，当设备中存在多个电机时，需要使用具有更多IO端口的微控制器才能实现对多个电机的驱动，对微控制器的IO端口资源的要求较苛刻。

为了便于高效协调控制以及实现多步进电机达到同时工作的要求，对此，目前急需对一种多步进电机驱动电路。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出的基于FSMC的多步进电机驱动电路，通过对FSMC控制器的写指令对步进电机驱动器的功能进行配置，并且通过配置FSMC控制器内部存储实现编程步进电机的加减速曲线，有效减少软件编程的复杂性；本发明实现对多个步进电机的驱动控制，占用单片机资源少，降低单片机输入输出端资源要求，从而降低成本。

本发明提供基于FSMC的多步进电机驱动电路，包括FSMC控制器、片选电路、译码锁存电路、缓存电路；

所述FSMC控制器分别电性电连接所述片选电路、若干所述译码锁存电路；所述片选电路还电性连接若干所述译码锁存电路；所述译码锁存电路还电性连接所述缓存电路；所述缓存电路、所述FSMC控制器电性连接步进电机驱动器；其中，

所述片选电路用于接收所述FSMC控制器的片选信号并输出步进电机选择信号，所述片选信号与所述步进电机选择信号用于选择当前控制的步进电机；

所述译码锁存电路用于锁存所述FSMC控制器的数据信号；

所述缓存电路用于对所述译码锁存电路的输出信号进行缓存，所述缓存电路利用缓存的信号对步进电机驱动器进行配置，以使得步进电机驱动器根据驱动信号执行动作。

优选地，所述片选电路还用于对片选所述FSMC控制器的存储区。

优选地，所述驱动信号包括上位机输出控制信号，所述上位机输出控制信号直接接入步进电机驱动器的使能引脚、方向引脚、步长引脚。

优选地，所述片选电路为双2-4线译码器电路。

优选地，所述译码锁存电路包括译码器、若干三态输出锁存器；所述缓存电路包括若干三态输出缓存器；

其中，所述译码器接入所述步进电机选择信号、所述FSMC控制器地址信号，所述译码器输出信号作为所述三态输出锁存器的使能输出；所述FSMC控制器的数据信号作为所有所述三态输出锁存器的信号输入，所述三态输出锁存器的输出引脚分别连接至不同的所述三态输出缓存器的输入引脚，以使得所述FSMC控制器的数据信号分别存储于若干所述三态输出缓存器中；所述三态输出缓存器的输出引脚输出对步进电机驱动器的配置信号。

优选地，所述驱动信号包括所述FSMC控制器的数据信号，所述FSMC控制器的数据信号通过三态输出锁存器的任意三个引脚接入步进电机驱动器的使能引脚、方向引脚、转速引脚；其中，所述三态输出锁存器的使能引脚连接至所述译码器的输出引脚。

基于FSMC的多步进电机驱动装置，包括所述的基于FSMC的多步进电机驱动电路、单片机、电源模块；其中，

所述电源模块用于接入外部电源供装置使用；所述单片机用于对FSMC控制器进行配置，所述基于FSMC的多步进电机驱动电路连接并配置若干步进电机驱动器，以使得若干步进电机驱动器接收驱动信号执行动作。

优选地，还包括USB模块、JTAG模块，所述USB模块用于接入外部输入信号；所述JTAG模块用于测试。

优选地，还包括反馈模块，用于作为所述步进电机的闭环反馈输入；所述反馈模块包括光电式、电感式、电容式、霍尔接近开关及接口电路。

基于FSMC的多步进电机驱动方法，包括以下步骤：

片选FSMC控制器内部存储区,FSMC控制器对配置完成的FSMC控制器内部存储区进行寻址；

片选步进电机，根据FSMC控制器的地址信号从若干步进电机中选出待驱动的步进电机；

步进电机配置，对选出的待驱动的步进电机根据FSMC控制器的数据信号对步进电机驱动器进行配置；

步进电机驱动，获取FSMC控制器的数据信号或上位机控制信号并作为选出的待驱动的步进电机的驱动信号。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供基于FSMC的多步进电机驱动电路，包括FSMC控制器、片选电路、译码锁存电路、缓存电路；片选电路用于接收FSMC控制器的片选信号并输出步进电机选择信号，片选信号与步进电机选择信号用于选择当前控制的步进电机；译码锁存电路用于锁存FSMC控制器的数据信号；缓存电路用于对译码锁存电路的输出信号进行缓存，缓存电路利用缓存的信号对步进电机驱动器进行配置，以使得步进电机驱动器根据驱动信号执行动作。本发明还涉及基于FSMC的多步进电机驱动方法及装置。本发明通过对FSMC控制器的写指令对步进电机驱动器的功能进行配置，并且通过配置FSMC控制器内部存储实现编程步进电机的加减速曲线，有效减少软件编程的复杂性；本发明实现对多个步进电机的驱动控制，占用单片机资源少，降低单片机输入输出端资源要求，从而降低成本。此外，本发明通过外接光电开关反馈步进电机的运动状态达到闭环控制的目的，实现步进电机的精确定位。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的基于FSMC的多步进电机驱动电路结构示意图；

图2为本发明在一实施例中的片选电路图；

图3为本发明在一实施例中的译码锁存电路与缓存电路图；

图4为本发明在一实施例中的基于FSMC的多步进电机驱动装置模块化示意图；

图5为本发明在一实施例中的光电开关检测电路图；

图6为本发明的基于FSMC的多步进电机驱动方法流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

基于FSMC的多步进电机驱动电路，如图1所示，包括FSMC控制器、片选电路、译码锁存电路、缓存电路；

FSMC控制器分别电性电连接片选电路、若干译码锁存电路；片选电路还电性连接若干译码锁存电路；译码锁存电路还电性连接缓存电路；缓存电路、FSMC控制器电性连接步进电机驱动器；其中，

片选电路用于接收FSMC控制器的片选信号并输出步进电机选择信号，片选信号与步进电机选择信号用于选择当前控制的步进电机；

译码锁存电路用于锁存FSMC控制器的数据信号；

缓存电路用于对译码锁存电路的输出信号进行缓存，缓存电路利用缓存的信号对步进电机驱动器进行配置，以使得步进电机驱动器根据驱动信号执行动作。

当FSMC控制器一旦被配置完成，数据线、地址线、控制线都是FSMC自动控制的，配置程序中仅需往存储地址中写数据即可，所写入的数据会自动通过数据线显现出来，同时存储地址上的地址线也会被置低或置高。在本实施例中，优选地，片选电路还用于对片选FSMC控制器的存储区；FSMC控制器内部存储包括Nor flash、SRAM、Nand flash、PC卡共4个存储块，每个存储块内又分成4个存储小块，每个存储块都有各自相应的地址并由FSMC控制器自动片选信号CS选择。在一优选实施例中，如图2所示，片选电路为双2-4线译码器电路，双2-4线译码器U1的15脚连接PG12，即FSMC控制器的自动片选信号CS4，存储块1的第4小块存储区；U1的9脚、10脚、11脚、12脚作为步进电机的片选信号连接在3-8线译码器U2的4脚、5脚。U1的13脚和14脚以及U2的1脚2脚3脚分别与FSMC控制器的地址线相连，在FSMC写数据时将地址置低或置高即可。

如图3所示，在一实施例中，译码锁存电路包括译码器、若干三态输出锁存器；缓存电路包括若干三态输出缓存器；在本实施例中，译码器U2为3-8线译码器SN74HC238N，应当理解，采用2-4线译码器或者4-16线译码器及其他更多输出的译码器同样能达到输出使能控制信号的效果；三态输出锁存器U3、U4为三态输出的D型锁存器SN74LVC573APWLE；三态输出缓存器U6、U7为三态输出的四路总线缓存器SN74LVC125PWLE，应当理解，也可采用两路、三路总线形式进行FSMC控制器数据信号的缓存。

其中，译码器接入步进电机选择信号、FSMC控制器地址信号，译码器输出信号作为三态输出锁存器的使能输出；FSMC控制器的数据信号作为所有三态输出锁存器的信号输入，三态输出锁存器的输出引脚分别连接至不同的三态输出缓存器的输入引脚，以使得FSMC控制器的数据信号分别存储于若干三态输出缓存器中；三态输出缓存器的输出引脚输出对步进电机驱动器的配置信号。在本实施例中，如图3所示，三态输出的D型锁存器U3、U4的2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚分别与FSMC控制器的数据线的D0-D7相连，U2的15脚、14脚、13脚分别于U3的11脚、U4的11脚、U5的11脚相连接作为使能输入；其中U3的输出Q1-Q8与三态输出的四路缓冲器U6、U7的输入端口相连，用于配置步进电机驱动器DRV8880的寄存器，包括DRV8880的AutoTune模式(ATE)，电流缩放(TRQ0、TRQ1)，细分选择(M0、M1)，衰减模式(DECAY0DECAY1)，PWM关断时间(TOFF)。U4的输出Q1-Q8分别与U6和U7的OE端口相连，作三态缓冲器的使能输入，并且可将DRV8880的寄存器配置为高阻。

在一实施例中，如图3所示，步进电机驱动器U8为DRV8880，U8的方向(DIR)、使能(ENABLE)、转速(STEP)的驱动信号通过上位机输出，上位机输出控制信号直接接入步进电机驱动器的使能引脚、方向引脚、步长引脚。图中，MT_ENBL接入U8的21脚，MT_STEP接入U8的23脚，MT_DIR接入U8的22脚；此外MT_FAULT接入U8的18脚，用于反馈故障信息。

在另一实施例中，如图3所示，驱动信号包括FSMC控制器的数据信号，FSMC控制器的数据信号通过三态输出锁存器U5的任意三个引脚接入步进电机驱动器的使能引脚、方向引脚、转速引脚；其中，三态输出锁存器U5的使能引脚11连接至译码器的输出引脚13。在本实施例中，三态输出锁存器U5为三态输出的D型锁存器SN74LVC573APWLE，U5的19脚接入U8的21脚作为使能输入，U5的18脚接入U8的23脚作为步长输入，U5的17脚接入U8的22脚作为方向输入。

基于FSMC的多步进电机驱动装置，如图4所示，包括的基于FSMC的多步进电机驱动电路、单片机、电源模块；其中，

电源模块用于接入外部电源供装置使用，电源模块包括电源转换电路、电源接口；单片机用于对FSMC控制器进行配置，基于FSMC的多步进电机驱动电路连接并配置若干步进电机驱动器，以使得若干步进电机驱动器接收驱动信号执行动作。在本实施例中，FSMC控制器包括FSMC接口、Nor flash、SRAM、Nand flash；单片机(MCU)通过上位机对FSMC控制器的内部存储进行配置，通过配置单片机相关寄存器可以编程步进电机的加减速曲线，保证电机不丢步不失步；如图4所示，FSMC接口通过连接电路1-4分别连接步进电机1-4，实现对4台步进电机的驱动；应当理解，为区别驱动电路与连接电路，连接电路特指对应步进电机的片选电路、译码锁存电路、缓存电路；不应将驱动电路与连接电路相互混淆。

在一优选实施例中，如图4所示，基于FSMC的多步进电机驱动装置还包括USB模块、JTAG模块，USB模块用于接入外部输入信号；JTAG模块用于测试。USB模块包括USB驱动电路、USB接口，通过USB接口接入上位机，实现基于FSMC的多步进电机驱动装置与上位机的通讯；JTAG模块包括JTAG下载口，便于调试人员进行驱动测试。

在一优选实施例中，还包括反馈模块，用于作为步进电机的闭环反馈输入；反馈模块包括光电式、电感式、电容式、霍尔接近开关及接口电路。如图4、图5所示，为实现步进电机的闭环控制，反馈模块由光耦电路、接口、光电开关组成；图4中配置8个光电开关，分别用于检测步进电机运动位置，用于反馈；图5为步进电机的闭环控制的光电开关检测电路，共有8路输入，最终的输入信号与单片机输入输出接口相连，为提高光电检测的通用性，可采用5V或24V模式进行配置。

基于FSMC的多步进电机驱动方法，如图6所示，包括以下步骤：

S1、片选FSMC控制器内部存储区,FSMC控制器对配置完成的FSMC控制器内部存储区进行寻址；

S2、片选步进电机，根据FSMC控制器的地址信号从若干步进电机中选出待驱动的步进电机；

S3、步进电机配置，对选出的待驱动的步进电机根据FSMC控制器的数据信号对步进电机驱动器进行配置；

S4、步进电机驱动，获取FSMC控制器的数据信号或上位机控制信号并作为选出的待驱动的步进电机的驱动信号。

在一实施例中，单片机配置好FSMC控制器后，直接进行写数据，当需控制其中一个步进电机时，如图2所示，例如选择FSMC_NE 4_B1步进电机1的片选信号，地址线PE4、PE5始终拉低，这样3-8线译码器U2则始终处于使能状态。如图3所示，FSMC控制器写操作通过数据线D0-D7配置DRV8880的寄存器，首先要使能U3，再使能U4，采用对地址线A0、A1、A2进行拉高或拉低的选择。步进电机的使能(ENABLE)、方向(DIR)直接配置单片机的IO口，转速(STEP)通过PWM的输入信号，其中PWM的输入信号直接由定时器产生。相应地，驱动控制多个步进电机，则选择其他的步进电机的片选信号即可，通过这种FSMC写数据的方式，大大降低软件编程的复杂性。

本发明通过对FSMC控制器的写指令对步进电机驱动器的功能进行配置，并且通过配置FSMC控制器内部存储实现编程步进电机的加减速曲线，有效减少软件编程的复杂性；本发明实现对多个步进电机的驱动控制，占用单片机资源少，降低单片机输入输出端资源要求，从而降低成本。此外，本发明通过外接光电开关反馈步进电机的运动状态达到闭环控制的目的，实现步进电机的精确定位。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于FSMC的多步进电机驱动电路，其特征在于，包括FSMC控制器、片选电路、译码锁存电路、缓存电路；

所述FSMC控制器分别电性电连接所述片选电路、若干所述译码锁存电路；所述片选电路还电性连接若干所述译码锁存电路；所述译码锁存电路还电性连接所述缓存电路；所述缓存电路、所述FSMC控制器电性连接步进电机驱动器；其中，

所述片选电路用于接收所述FSMC控制器的片选信号并输出步进电机选择信号，所述片选信号与所述步进电机选择信号用于选择当前控制的步进电机；

所述译码锁存电路用于锁存所述FSMC控制器的数据信号；

所述缓存电路用于对所述译码锁存电路的输出信号进行缓存，所述缓存电路利用缓存的信号对步进电机驱动器进行配置，以使得步进电机驱动器根据驱动信号执行动作。

2.如权利要求1所述的基于FSMC的多步进电机驱动电路，其特征在于：所述片选电路还用于对片选所述FSMC控制器的存储区。

3.如权利要求1所述的基于FSMC的多步进电机驱动电路，其特征在于：所述驱动信号包括上位机输出控制信号，所述上位机输出控制信号直接接入步进电机驱动器的使能引脚、方向引脚、步长引脚。

4.如权利要求1-3任一项所述的基于FSMC的多步进电机驱动电路，其特征在于：所述片选电路为双2-4线译码器电路。

5.如权利要求1所述的基于FSMC的多步进电机驱动电路，其特征在于：所述译码锁存电路包括译码器、若干三态输出锁存器；所述缓存电路包括若干三态输出缓存器；

其中，所述译码器接入所述步进电机选择信号、所述FSMC控制器地址信号，所述译码器输出信号作为所述三态输出锁存器的使能输出；所述FSMC控制器的数据信号作为所有所述三态输出锁存器的信号输入，所述三态输出锁存器的输出引脚分别连接至不同的所述三态输出缓存器的输入引脚，以使得所述FSMC控制器的数据信号分别存储于若干所述三态输出缓存器中；所述三态输出缓存器的输出引脚输出对步进电机驱动器的配置信号。

6.如权利要求5所述的基于FSMC的多步进电机驱动电路，其特征在于：所述驱动信号包括所述FSMC控制器的数据信号，所述FSMC控制器的数据信号通过三态输出锁存器的任意三个引脚接入步进电机驱动器的使能引脚、方向引脚、转速引脚；其中，所述三态输出锁存器的使能引脚连接至所述译码器的输出引脚。

7.基于FSMC的多步进电机驱动装置，其特征在于，包括如权利要求1所述的基于FSMC的多步进电机驱动电路、单片机、电源模块；其中，

所述电源模块用于接入外部电源供装置使用；所述单片机用于对FSMC控制器进行配置，所述基于FSMC的多步进电机驱动电路连接并配置若干步进电机驱动器，以使得若干步进电机驱动器接收驱动信号执行动作。

8.如权利要求7所述的基于FSMC的多步进电机驱动装置，其特征在于：还包括USB模块、JTAG模块，所述USB模块用于接入外部输入信号；所述JTAG模块用于测试。

9.如权利要求7所述的基于FSMC的多步进电机驱动装置，其特征在于：还包括反馈模块，用于作为所述步进电机的闭环反馈输入；所述反馈模块包括光电式、电感式、电容式、霍尔接近开关及接口电路。

10.基于FSMC的多步进电机驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

片选FSMC控制器内部存储区,FSMC控制器对配置完成的FSMC控制器内部存储区进行寻址；

片选步进电机，根据FSMC控制器的地址信号从若干步进电机中选出待驱动的步进电机；

步进电机配置，对选出的待驱动的步进电机根据FSMC控制器的数据信号对步进电机驱动器进行配置；

步进电机驱动，获取FSMC控制器的数据信号或上位机控制信号并作为选出的待驱动的步进电机的驱动信号。