0 引言
當前,，步進電機已經(jīng)在工業(yè)應用，如自動剝線機、工業(yè)機器人,、雕刻機,、植毛機工作臺等涉及到精確定位的場合，得到廣泛的應用,。常用的步進電機控制系統(tǒng)由驅(qū)動模塊和控制器模塊組成。驅(qū)動模塊實現(xiàn)功率放大,，控制器模塊用于產(chǎn)生電機轉動的控制信號,，上述控制方法將會大量占用控制核心的資源，影響控制系統(tǒng)的實時性及靈活性,。本文設計的步進電機驅(qū)動器,，將控制電路和驅(qū)動模電路集成在同一個模塊上，減少系統(tǒng)中主控核心的負擔,，提高系統(tǒng)的實時性,、可靠性，可以使系統(tǒng)設計變得更加靈活,、方便,。

1 CAN中繼器硬件的設計

1.1 系統(tǒng)的硬件結構

本文設計的基于CAN總線的一體化兩相步進電機驅(qū)動器系統(tǒng)框圖如圖1所示，包括CAN收發(fā)器L9616,、MCU STM32F103C6,、光耦隔離、驅(qū)動芯片SLA7033M,、溫度傳感器和D/A轉換,。CAN收發(fā)器L9616接收主控核心發(fā)送過來的幀數(shù)據(jù)包后，再把數(shù)據(jù)包發(fā)送給MCU,。STM32F103C6是一體化步進電機驅(qū)動器的核心,，負責對CAN收發(fā)器L9616傳送過來的數(shù)據(jù)包進行解析，同時做出相應的操作,，生成對應的驅(qū)動信號和轉動方向,；另一面MCU控制高精度D/A轉換器，經(jīng)D/A轉換輸出的電壓送給驅(qū)動芯片SLA7033M,，使SLA7033M輸出電流恒定,，同時在SLA7033M的輸出端加入采樣電阻，MCU實時監(jiān)控SLA7033M的輸出電流,，當輸出電流大于閾值時,，關閉驅(qū)動信號，保護芯片SLA7033M,；另外MCU還對加在芯片SLA7033M上面的散熱器進行溫度實時監(jiān)控,，當散熱片上的溫度超過預設值時關閉驅(qū)動信號，起保護SLA7033M的作用。MCU對SLA7033M的輸出電流進行采樣以及對溫度實時監(jiān)控,，有效地保護了SLA7033M,，使SLA7033M工作的壽命更加長，工作更加穩(wěn)定,。由于MCU輸出的信號屬于弱的信號,，而SLA70 33M輸出的信號是大電壓大電流信號，為了確保MCU正常工作,，采用光耦隔離,，使控制信號與驅(qū)動信號分離，同時控制和驅(qū)動兩部分的電路采用獨立的電源供電,，它們之間互不干擾,，信號通過光耦傳輸。

1.2 STM32F105微控制器
STM32F105是基于最新ARM V7.0內(nèi)核Cortex-M3的32位閃存微控制器,，這是一款專為嵌入式應用而開發(fā)的內(nèi)核,，帶有用于電機控制的PWM輸出，特別適合在電機控制場合的應用,。STM32F10內(nèi)置CAN收發(fā)FIFO,，可以降低采用外置CAN控制器的成本以及提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。STM32F103具有較大容量的FLASH和RAM,，以及豐富的外設,，因此采用STM32F103作為主控芯片可以方便地實現(xiàn)CAN數(shù)據(jù)收發(fā)、A/D轉換,、D/A轉換,、PWM輸出等。

1.3 CAN收發(fā)電路
CAN收發(fā)器采用ST公司的L9616,。終端匹配電阻采用跳線的方式供用戶安裝時自行選擇,。在差分信號線上并上瞬態(tài)抑制二極管，可以起到對L9616的I/O的保護作用,。光電隔離部分采用最高轉換速率可達10Mbit/s的高速光耦6N137,，電阻R2、R5起到限流作用,。VCC5_1是由DC/DC隔離電源單獨產(chǎn)生的5V電壓,。

1.4 電源電路
步進電機采用5V供電。用開關穩(wěn)壓集成芯片LM2596代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三段穩(wěn)壓器,，僅需要極少的外圍器件即可構成高效的穩(wěn)壓電路且不需加散熱片,。LM2576產(chǎn)生的5V電壓供給電機驅(qū)動芯片，主控CPU工作所需的3.3V電壓由LDO芯片LM1117-3.3產(chǎn)生,。CAN收發(fā)電路單獨供電的DC/DC電路采用隔離電源模塊,，使驅(qū)動器和和CAN總線接口實現(xiàn)完全的電氣隔離,。

1.5 光電隔離電路

連接在控制芯片與驅(qū)動芯片之間的光耦隔離電路，主芯片負責產(chǎn)生驅(qū)動芯片需要的控制信號,。當輸入端為高電平時光耦中的光敏二極管導通,，同時光敏三極管也導通，使對應的輸出端也為高電平,。使用了光耦隔離,，使得驅(qū)動電路的高壓電路與控制電路的低壓電路完全隔離，互不干擾,，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性,。

1.6 SLA7033M驅(qū)動電路

SLA7033M是高性能步進電機集成功率放大器，該芯片由參考電壓電路,、觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路,、電壓比較放大電路,、電流控制電路,、激勵信號放大電路、電動勢補償電路等組成,。INA,、Ina、INB,、INb為四個驅(qū)動信號輸入端,，OUT/a、OUTa,、OUT/b,、OUTb為四個驅(qū)動信號輸出端，在輸出端接二相步進電機作為負載,。VREF為經(jīng)過D/A轉換后的基準電壓輸入端,，通過調(diào)整D/A的輸出基準電壓，即可調(diào)整驅(qū)動器的輸出電流的大小,。電阻R11,、R12為電流檢測電阻，當主控芯片檢測到該電阻上的電壓超過閾值時,，重新調(diào)整輸出的電流大小,，使輸出電流不能超過最大值，以保護驅(qū)動芯片SLA7033M,。

2 CAN中繼器軟件的設計

程序開始時先初始化各個輸出端口以及各個相關的外設模塊,。程序以模塊化進行設計，主程序只需循環(huán)檢測相應的狀態(tài),，當對應的狀態(tài)滿足要求時執(zhí)行相應的操作,，使得程序簡潔以及實時性更強,。當程序出現(xiàn)異常情況時，異常處理程序檢查相應的異常情況,，判斷是哪些情況出現(xiàn)異常,，記錄相應的情況，同時可以把異常情況打包成數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線,，方便主控核心進行異常情況的分析及處理,。無異常情況則檢查是否有數(shù)據(jù)包的標志位，假如有數(shù)據(jù)包,，則數(shù)據(jù)包處理程序?qū)?shù)據(jù)包進行分析,，并進行相應的操作。數(shù)據(jù)包處理程序具有識別是發(fā)送數(shù)據(jù)包還是接收到的數(shù)據(jù)包,，如果是發(fā)送數(shù)據(jù)包,，則把相應的數(shù)據(jù)包經(jīng)過處理生成標準報文幀格式，隨后經(jīng)過CAN收發(fā)器發(fā)送幀數(shù)據(jù)給主控核心,；如果接收到的數(shù)據(jù)包則要對該數(shù)據(jù)包進行解析,，按照標準報文幀格式進行提取相應的數(shù)據(jù)，以及對相應的數(shù)據(jù)進行處理,，假如收到的數(shù)據(jù)里的ID和該設備號ID一致,，表明是該設備的數(shù)據(jù)，即對該設備進行操作,；反之,，表明不是該設備的數(shù)據(jù)，則對收到的數(shù)據(jù)不處理,，同時推出數(shù)據(jù)包處理程序,。主程序假如沒有數(shù)據(jù)包處理或者數(shù)據(jù)包處理程序完成則檢查溫度是否超過預設值，假如已經(jīng)超過預設的值,，則執(zhí)行超溫處理程序,；假如沒有超溫則往下執(zhí)行。當沒有超溫或者超溫處理程序完成后查詢電流是否超過預設值,，假如已經(jīng)超過了輸出電流的預設值則執(zhí)行調(diào)整輸出電流程序,，對輸出電流輸出調(diào)整，即對D/A的輸出值進行調(diào)整,，使輸出電流減少,；若沒有超過輸出電流的預設值則返回檢查異常情況，程序進行循環(huán)檢測,。

3 結束語
文采用了以高性能的ARM處理器STMF103為一體化步進電機主控CPU,，SLA7033M作為驅(qū)動芯片，將控制電路和驅(qū)動模電路集成在同一個模塊上,，減少系統(tǒng)中主控核心的負擔,，提高系統(tǒng)的實時性,、可靠性，有一定的社會效益和廣泛的推廣價值,。