步进电机开发(一、硬件设计)

步进电机开发(一、硬件设计)

硬件设计概述

设计一个闭环42步进控制器,系统输入24VDC。

一、电源设计

控制器电源部分分为功率电源(PGND为功率地)和弱电电源(GND为弱电地)两个部分;两个电源之间使用0Ω电阻单点接地以防止噪声干扰信号。

电源输入使用二极管做防反接保护(防止意外反接烧毁后级电路),弱电部分电压为+3.3V,选用Buck DCDC降压方案(XL1509-3.3BS),外围直接参照芯片手册设计即可。

XL1509-3.3BS输入电压 VIN:4.5V~40V且可以直接供电,输出电流大可达2A,但实际不需要这么大的电流输出能力,弱电部分电流极小,后续选择小于1A大于0.7A的方案即可,这里是为了清库存芯片。

二、步进电机驱动电路

驱动电路使用集成式H桥方案(A4950)进行设计,A4950可连续提供超3A的电流能力,并且支持输入电源8V - 45V直接供电,并且H桥是低阻抗N通道DMOS管组成,内部含调节器无需外部自举电路设计,外围电路设计简单(参照芯片手册设计即可),最关键价格便宜(某宝0.9元/pcs)。

Vref引脚是电流限制输出引脚,这里采用MCU的PWM输出CH1和CH2两个通道输出完全相同的波形(PWM频率为12kHz ),通过一阶RC滤波器(截止频率为1.592kHz )转换成脉动较小的直流信号传递给Vref引脚(通常设置PWM的频率在截止频率的5~10倍下一阶RC低通滤波器的效果较好 )。

注意:采样电阻在这里设计得不合理,建议设计为100mΩ,原因入下:

1.当采样电阻为0.03Ω,设置最大电流为2A时,经计算Vref仅为0.6V,一阶RC低通滤波器输出依旧会有脉动较小的电压,0.6V的最大电压设置是不合理的(较小的电压也会造成较大的电流限制),其采样电压最大只有0.06V;

2.当采样电阻为0.03Ω,设置最大电流为2A时,经计算Vref为2.0V,其采样电压最大为0.2V。

三、电流采集

电流使用运算放大器搭建比例放大电路,将输出接入MCU的ADC模块进行采集。

图示使用两通道运算放大器方案,设置的放大倍数为2.25倍,输入0.2V时输出为0.45V(合理性待验证)。

四、角度传感器

使用MT6826作为角度传感器反馈给控制端,使用SPI的通讯方案(价格略贵一些)外围设计简单。

网络上的资料也很全,驱动开发快速。

五、MCU

MCU控制器选用APM32E030C8T6,APM32是我使用诸多国产MCU中较为趁手的厂家之一(并非别的厂家的不好,较为熟悉罢了),有许多引脚并未使用到,后续可以扩展485和CAN等对外通讯接口。

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