基于四倍频专用集成电路QA740210的步进电机闭环设

时间:2015-07-11 11:21 | 来源:金桥电子网 | 点击: 次 [去老版] [去论坛] [去网店]

核心提示:QA740210可将两路正交的方波进行四倍频后产生两路加、减计数信号,送到加减计数输入双时钟可逆计数器进行加、减计数,也可直接送单片机进行数据处理。具有以下几个特点:①数字


      QA740210可将两路正交的方波进行四倍频后产生两路加、减计数信号,送到加减计数输入双时钟可逆计数器进行加、减计数,也可直接送单片机进行数据处理。具有以下几个特点:①数字化微分电路:4路微分信号脉宽由主频周期决定,因此,是一致的,而且可在很大范围里方便地选择;②临界报警与过速报警两档速度提示:可在光栅运动速度接近极限值时给出临界报警信息,以便操作者及时控制光栅运动快慢;③在速度超过极限值时本芯片将给出出错信息;④绝对零位控制:绝对零位的设置将给操作者带来许多方便,如故障断电后的重新定位等。本芯片有“到绝对零位开始计数”和“到绝对零位停止计数”,以及“与绝对零位无关”三种工作模式;⑤片选:本电路设有片选端,可以构成多坐标数显系统。

  引脚功能介绍

  QA740210采用双列直插18脚塑料封装,内部框图如小图所示。

 

引脚功能如下:

  引脚1:振荡器XO端,引脚17:振荡器X1端,引脚16:振荡器X2端,XO与×1、X2构成振荡器。引脚1还可以作为外部时钟的输入端,引脚17也可用作主频输出。

  引脚2:正交信号1,Od端,接收光栅尺(或旋转编码器)传送过来的信号,这个信号应为方波。本芯片将对Od与引脚3接收的90d正交方波进行四倍频,并根据Od与90d之间的相位关系进行相位判别。引脚3:正交信号2,90d端,本引脚接收一个与引脚2在相位上相差90度的方波信号。

  引脚4:减计数脉冲输出,-CPo端,此引脚常态为高电平,当有输出时,为一个与振荡器中×高电平等宽的负脉冲,此引脚应接双时钟可逆计数器的减计数时钟端。引脚5:加计数脉冲输出,+CPo端,此引脚常态为高电平,当有输出时,为一个与振荡器中×高电平等宽的负脉冲,此引脚应接双时钟可逆计数器的加计数时钟端。

  引脚6:负号输出端(MSo),可指示光栅尺与设定零位的相对位置,在片选时可由MSi予置,此时MSo与Msi同电平。0d如超前90d,则当全“0”信号输入后,此端为低,90d如超前0d,则当全“0”信号输入后,此端为高,此端可直接驱动LED。

  引脚7:全“0”信号输入端(AZi).此引脚接收可逆计数器传送过来的一个正脉冲信号,(宽度≥1个主频周期),它的输入使本来-CPo有输出,变成+CPo有输出。

  引脚8:负号输入端(MSi),可逆计数器所显示数不为“O”的情况下,下表成立。此端在片选选中时起作用。43

  引脚10:清零输入端(/CE),清除报错信号,并使ABS功能处于A模式,此端在片选时起作用,低电平有效。

  引脚11:片选输入(/CS),使电路可以用于多坐标数显表,低电平选中,/CE、/ABSC及Msi才起作用。

  引脚12:绝对零位模式选择(/AB-SC),本脚需要输入一个负脉冲。片选并清零后本脚输入负脉冲的个数决定ABS的三个模式:输入0个脉冲,A模式,绝对零(ABSZ)输入不起作用:输入奇数个脉冲,B模式,绝对零(ABSZ)输入后CPo才有输出;输入偶数个脉冲,C模式,绝对零(ABSZ)输入后CPo停止输出。

  引脚13:绝对零输入(ABSZ),本脚需要输入一个正脉冲。由光栅尺给出,如果一个光栅尺有若干个绝对零位输出,则只有第一个起作用。

  引脚14:绝对零位标志(FABS),A模式时,FABS=1;B模式时,FABS=O;C模式时,FABS为一串脉冲(与XO同频同相)。

  引脚15:速度报警输出(WARN),设本芯片主频(×2)为Fx,当Od(90d)的输入频率Fi口1/8Fx时,WARN=“O”:当1/8Fx≤Fi<1/6Fx时,WARN有正脉冲出现,宽度与Od输入的方波相同:当Fi降到1/8Fx以下后,此端自动恢复为“O”,当Fi≥1/6Fx时,WARN=“1”,此“1”电平只有当片选选中且完成清零(即/CS=O且/CE=O)后才能恢复为“0”电平。

  引脚18为电源正端VDD;引脚9为接地GND端。

  细分技术与四倍频电路原理

  细分技术随着对测量精度要求的提高,以栅距为单位已不能满足要求,需要采取适当的措施对莫尔条纹进行细分。所谓细分就是在莫尔条纹信号变化一个周期内,发出若干个脉冲,以减少脉冲当量。如一个周期内发出n个脉冲,则可使测量精度提高n倍,而每个脉冲相当于原来栅距的1/n。由于细分后计数脉冲频率提高了n倍,因此也称n倍频,通常用的是四倍频。43

  四倍频电路原理光栅传感器输出两路相位相差为900的方波信号A和B。如上图所示,用A、B两相信号的脉冲数表示光栅走过的位移量,标志光栅正向与反向移动。四倍频后的信号经计数器计数后转化为相对位置。实现计数过程一般有两种方法:一是由微处理器内部定时计数器实现;二是由可逆计数器实现对正反向脉冲的计数。

  光栅信号A、B有以下关系:

  ①当光栅正向移动时,光栅输出的A相信号的相位超前B相900,则在一个周期内,两相信号共有4次相对变化:00-10-11-01-000这样:每发生1次变化,可逆计数器便实现1次加计数,1个周期内共可实现4次加计数,从而实现正转状态的四倍频计数。

  ②当光栅反向移动时,光栅输出的A相信号的相位滞后于B相信号900,则一个周期内两相信号也有4次相对变化:00-01-11-10-00。同理,如果每发生1次变化,可逆计数器便实现1次减计数,在1个周期内,共可实现4次减计数,就实现了反转状态的四倍频计数。

  ③当线路受到干扰或出现故障时,可能出现其他状态转换,此时计数器不进行计数操作。

  QA740210在步进电机闭环系统中的硬件设计

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  上图所示是QA740210茌步进电机闭环系统中的硬件设计原理图,Fx与R、C的关系如上表所示。1、16、17脚外接电阻R45(150k),电容C41(22p),可见图3电路Fx频率在120kHz左右。

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