埃尔法哥哥@基于ARM STMF103的一体化步进电机驱动器设计

引言
当前，步进电机已经在工业应用，如自动剥线机、工业机器人、雕刻机、植毛机工作台等涉及到精确定位的场合，得到广泛的应用。常用的步进电机控制系统由驱动模块和控制器模块组成。驱动模块实现功率放大，控制器模块用于产生电机转动的控制信号，上述控制方法将会大量占用控制核心的资源，影响控制系统的实时性及灵活性。本文设计的步进电机驱动器，将控制电路和驱动模电路集成在同一个模块上，减少系统中主控核心的负担，提高系统的实时性、可靠性，可以使系统设计变得更加灵活、方便。
1、 CAN中继器硬件的设计
1.1 系统的硬件结构
本文设计的基于 CAN 总线的一体化两相步进电机驱动器系统框图如图 1 所示，包括 CAN 收发器 L9616、MCU STM32F103C6、光耦隔离、驱动芯片 SLA7033M、温度传感器和 D/A 转换。 CAN 收发器 L9616 接收主控核心发送过来的帧数据包后，再把数据包发送给 MCU 。 STM32F103C6 是一体化步进电机驱动器的核心，负责对 CAN 收发器 L9616 传送过来的数据包进行解析，同时做出相应的操作，生成对应的驱动信号和转动方向；另一面 MCU 控制高精度 D/A 转换器，经 D/A 转换输出的电压送给驱动芯片 SLA7033M ，使 SLA7033M 输出电流恒定，同时在 SLA7033M 的输出端加入采样电阻， MCU 实时监控 SLA7033M 的输出电流，当输出电流大于阈值时，关闭驱动信号，保护芯片 SLA7033M；另外 MCU 还对加在芯片 SLA7033M 上面的散热器进行温度实时监控，当散热片上的温度超过预设值时关闭驱动信号，起保护 SLA7033M 的作用。 MCU 对 SLA7033M 的输出电流进行采样以及对温度实时监控，有效地保护了 SLA7033M ，使 SLA7033M 工作的寿命更加长，工作更加稳定。由于 MCU 输出的信号属于弱的信号，而 SLA70 33M 输出的信号是大电压大电流信号，为了确保 MCU 正常工作，采用光耦隔离，使控制信号与驱动信号分离，同时控制和驱动两部分的电路采用独立的电源供电，它们之间互不干扰，信号通过光耦传输。

本文插图
1.2 STM32F105 微控制器
STM32F105 是基于最新 ARM V7.0 内核 Cortex-M3 的 32 位闪存微控制器，这是一款专为嵌入式应用而开发的内核，带有用于电机控制的 PWM 输出，特别适合在电机控制场合的应用。 STM32F10 内置 CAN 收发 FIFO ，可以降低采用外置 CAN 控制器的成本以及提高系统的稳定性。 STM32F103 具有较大容量的 FLASH 和 RAM ，以及丰富的外设，因此采用 STM32F103 作为主控芯片可以方便地实现 CAN 数据收发、A/D 转换、D/A 转换、PWM 输出等。
1.3 CAN 收发电路
【埃尔法哥哥@基于ARM STMF103的一体化步进电机驱动器设计】CAN 收发器采用 ST 公司的 L9616 。终端匹配电阻采用跳线的方式供用户安装时自行选择。在差分信号线上并上瞬态抑制二极管，可以起到对 L9616 的 I/O 的保护作用。光电隔离部分采用最高转换速率可达 10Mbit/s 的高速光耦 6N137 ，电阻 R2、R5 起到限流作用。 VCC5_1 是由 DC/DC 隔离电源单独产生的 5V 电压。

本文插图
1.4 电源电路
步进电机采用 5V 供电。用开关稳压集成芯片 LM2596 代替传统的三段稳压器，仅需要极少的外围器件即可构成高效的稳压电路且不需加散热片。 LM2576 产生的 5V 电压供给电机驱动芯片，主控 CPU 工作所需的 3.3V 电压由 LDO 芯片 LM1117-3.3 产生。 CAN 收发电路单独供电的 DC/DC 电路采用隔离电源模块，使驱动器和和 CAN 总线接口实现完全的电气隔离。