CN117526780A - 一种适配整步进激励的微步细分电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及步进电机控制技术领域，具体为一种适配整步进激励的微步细分电路，其能够兼容旧有的上位机整步进驱动信号来实现微步细分步进电机的驱动，其包括：半周期检测器，用于提取双极性信号中整步进驱动的半周期脉冲信号；数字倍频器，用于半周期脉冲信号的倍频处理并形成倍频信号；微步序列发生器，用于倍频信号进行序列输出，序列为脉冲宽度为整步进宽度1/n的数字序列，其中n为微步细分数；数值模拟转换器，用于序列输入转换得到H桥控制所需的PWM占空比信号。
Description
技术领域
本发明涉及步进电机控制技术领域，具体为一种适配整步进激励的微步细分电路。
背景技术
步进电机是应用广泛的电机类型，由于芯片控制技术的快速发展，传统上整步进、1/2步进等步进驱动方式正在逐渐被电机转动更平滑、噪声更小的微步细分驱动方式所替代。微步细分驱动视复杂程度不同，可以是1/16步进（64步微步细分）、1/64步进（256步微步细分）或更多步数的微步细分等。在一些老式步进电机驱动环境中，依然采用步进效果较差的整步进驱动方式，但为了保持产品的延续性，希望既获得微步细分驱动方式下的平稳旋转效果，又可以兼容旧有的上位机整步进驱动信号。
传统上，整步进驱动信号分为两类：
（1）一类是步进脉冲STEP+步进方向DIR+步进模式MODE，其中步进脉冲提供每个步进的脉冲宽度，其余两个信号提供步进电机的旋转方向与步进模式定义（如：整步进、半步进或各种微步细分）；
（2）另一类，整步进驱动信号包括I0x、I1x及PHASEx信号（x为通道序号）；这种驱动信号来自于较早期的直流有刷电机驱动/步进电机驱动；这种信号方式以I0x、I1x直接定义H桥PWM输出占空比，PHASEx则定义H桥PWM占空比的极性。它的优势是可以灵活定义H桥的输出，从而可以方便地兼容直流有刷电机驱动和步进电机驱动，但它的缺点是较难于进行较为复杂的微步细分步进电机驱动。
发明内容
为了解决现有整步进驱动信号无法驱动微步细分步进电机的问题，本发明提供了一种适配整步进激励的微步细分电路，其能够兼容旧有的上位机整步进驱动信号来实现微步细分步进电机的驱动。
其技术方案是这样的：一种适配整步进激励的微步细分电路，其特征在于，其包括：
半周期检测器，用于提取双极性信号中整步进驱动的半周期脉冲信号；
数字倍频器，用于半周期脉冲信号的倍频处理并形成倍频信号；
微步序列发生器，用于倍频信号进行序列输出，序列为脉冲宽度为整步进宽度1/n的数字序列，其中n为微步细分数；
数值模拟转换器，用于序列输入转换得到H桥控制所需的PWM占空比信号。
其进一步特征在于，倍频处理器包括数字脉宽测量电路、除法电路和计数器电路。
采用本发明后，利用半周期检测器提取半周期脉冲并进行倍频处理，再进行序列输出，序列为脉冲宽度为整步进宽度1/n（n为微步细分数）的数字序列，序列输入数字模拟转换器从而获得对于H桥控制所需的PWM占空比信号，满足了微步细分步进电机的驱动需求，并且兼容，旧有的上位机整步进驱动信号。
附图说明
图1为本发明系统原理图；
图2为传统的I0x、I1x、PHASEx步进驱动信号示意图；
图3为本发明两路PHASE控制信号组合得到1/4周期脉冲示意图；
图4为数字倍频器原理图；
图5为数字倍频器得到的微步细分脉冲；
图6为尾部序列发生器得到的序列；
图7为两相H桥的PWM占空比示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种适配整步进激励的微步细分电路，其包括半周期检测器101、数字倍频器102、微步序列发生器103和数值模拟转换器104。
半周期检测器101，用于提取双极性信号PHASE1和PHASE2中整步进驱动的半周期脉冲信号110；数字倍频器102，用于半周期脉冲信号的倍频处理并形成倍频信号111，其倍频值由最终希望获得的微步细分值确定，如：希望获得n步微步细分，则需要将半周期脉冲信号进行n/4倍频，其中n为微步细分数；微步序列发生器103，用于倍频信号输出序列112，序列112为脉冲宽度为整步进宽度1/n的数字序列；数值模拟转换器104，用于序列112输入转换得到H桥控制所需的PWM占空比信号113。
传统的I0x、I1x、PHASEx步进驱动信号如图2所示（单相），由于整步进信号的特点，图2中仅仅使用PHASE来对信号进行定义。实际应用中I0、I1可以被用来定义幅度等信息，但并不影响本发明的架构与应用；由于常用的步进电机均为双极性，所以通常会使用两套I0x、I1x、PHASEx来分别定义步进电机的两相电流，同样的，这样的电流产生是通过两路H桥实现的。两路PHASE控制信号301、302组合起来如图3所示，从中通过半周期检测器101可以获得1/4周期脉冲303。
数字倍频器102如图 4所示，由数字脉宽测量电路401、除法电路402及计数器电路403组成，其中数字脉宽测量电路401由内置的计数器以时钟周期为最小周期统计输入的1/4周期脉冲303的脉冲宽度，除法电路402对周期长度进行除法，其除数为微步细分数n的1/4，该结果即为希望获得的微步细分的细分微步进宽度值，计数器电路403通过对以上宽度值进行计数，以类似锯齿波501的形式形成微步细分脉冲502，如图5所示。
微步序列发生器103将输入的微步细分脉冲502转换为微步细分序列，其每个序列的宽度为数字倍频器102获得的微步细分宽度值，而序列的形态为三角波，如图6中所示，602、603分别为两相信号。
数模转换器104将输入的两相微步进序列分别转换为两路相角为90°的正弦信号，该正弦信号表征了两相H桥的PWM占空比，也即是输出到该相步进马达绕组的电流值；如图7所示，其中两路PHASE控制信号301、302转换为正弦信号701、702。需要注意的是，在602、603分别为正向的三角波，但数模转换器104通过PHASE1和PHASE2的极性信息，分别获得正弦信号701、702的正负信息，这种电路较大地简化了数模转换器（DAC）的设计复杂度，有利于电路的实施。
Claims (2)
1.一种适配整步进激励的微步细分电路，其特征在于，其包括：
半周期检测器，用于提取双极性信号中整步进驱动的半周期脉冲信号；
数字倍频器，用于半周期脉冲信号的倍频处理并形成倍频信号；
微步序列发生器，用于倍频信号进行序列输出，序列为脉冲宽度为整步进宽度1/n的数字序列，其中n为微步细分数；
数值模拟转换器，用于序列输入转换得到H桥控制所需的PWM占空比信号。
2.根据权利要求1所述的一种适配整步进激励的微步细分电路，其特征在于，倍频处理器包括数字脉宽测量电路、除法电路和计数器电路。
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2023
- 2023-11-15 CN CN202311519126.5A patent/CN117526780A/zh active Pending
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