本页已使用福昕阅读器进行编辑。 深圳市天微电子有限公司，联系人：覃先生 电话：13751069293福昕软件（Ｃ）２００５－２０１０，版权所有， /0755-86156710 QQ：453706412 仅供试用。 高性能细分步进马达控制器 TC1002 概述 TC1002 是一个高性能细分步进马达控制器。它包含一个模拟 SINE/COSINE 信号发生器， 完整的数字控制集成在一颗 IC 中，高集成度减少产品的设计周期。尽量的减少了外部的分 立元件，提供给设计者一个简单但又高效的产品。在一个完整的细分控制系统上，TC1002 全面的控制马达运行状况，14 种细分等级，它能在任何时候改变马达状态，没有必要要复 位控制器。它很容易使马达前进使用者设定的固定步数。另外在“整步”输出上，当马达长 时间工作后，它会指出马达是否还处于整步状态上。TC1002 通过输入时钟和方向两种信号 就可控制马达，并可以工作在离散状态下。芯片采用 QFP44 封装。 特点 ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ 44 引脚 QFP 封装 高达 10MHz 时钟 内部集成模拟 SINE/COSINE 发生器，DAC PWM 电流控制，可自动减少电流 14 种细分选择，细分数的改变不会中断马达的运行 Standalone or Buss 模式 5V 电源供电 过流保护 过温保护 错误输出 整步输出 消除共振 结构图 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 引脚分布图 TC1002 引脚分布图 引脚描述 44 脚 名称 引脚功能 37 SCLK 阶跃时钟输入。一个正边沿能够使电机前进一个增量。 36 RESET 当 RESET 脚为低时，这一输入会复位芯片。当重新释放时，控制 器会在它的初始状态（OUTA 为 0，OUTB 为峰值） 38 DIR 方向输入。这一输入用来改变电机的方向。物理位置也和电机线 圈连接有关。 12 CSEL 时钟选择输入。为低时，内部的正弦余弦发生器作为 SCLK 输入 且不依赖于 EN 输入电平。为高时，当 EN 输入为低时，COUT 输 出将作为 SCLK 输入，相反地，当 EN 输入为高时，内部的正弦 余弦发生器将作为 SCLK 信号。 10 RSEL ROM 选择脚，为低选择 SIN/COS 发生器，为高选择外部查找表 39 EN 使能输入。为低时，会使能/失效 PWM 和全桥输出信号。 41 FSETP 全步输出信号。这一低有效的信号显示了什么时候芯片正弦余弦 输出处于全步位置。 40 FAULT 错误输出信号。这一高有效的输出信号显示了什么时候错误发 生。它会在芯片复位之前一直保持有效状态。 13 WR 写输入。当芯片被设置成接入状态时，这一输入被用来锁存微步 选择，使能和方向输入。 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 15 模式选择输入。这一输入是用来设置芯片处于单机状态或者接入 状态。 MODE 23 ， HRA ， LRA ， 24，25， LLA，HLA 26 状态 A 高面和低面全桥控制信号。这些输出被用来控制离散 P‐N 或者 N‐N 全桥电源区。 4，5，6， HLB ， LLB ， 7 LRB，HRB 状态 B 高面和低面全桥控制信号。这些输出被用来控制离散 P‐N 或者 N‐N 全桥电源区。 20 OUTB 状态 B 的余弦 DAC 波形输出信号。 19 VrefB 参考电压 16 OUTA 状态 A 的正弦 DAC 波形输出信号。 17 VrefA 参考电压 42 IHI 高有效或者低有效的高面全桥控制信号的极性选择。 43 ILOW 高有效或者低有效的低面全桥控制信号的极性选择 21，9 VSA，VSB 状态 A 和状态 B 的电流输入。 22，8 OVCA，OVCB 状态 A 和状态 B 电流/短路电路保护输入。 3 CURRED 1，2 OSCRC，OSCR PWM 振荡器的电阻/电容。 32,31 OVV, OVTMP 自动电流衰减输出信号。这一高有效输出信号用来自动衰减驱动 器的输出电流。 过压保护输入。过温保护输入。 14，44 VCC 电源。 18 模拟地。 AGND 数字地。 11，33 GND 27‐30 MSEL0‐MSEL3 微步选择输入。这些输入用来选择每全步的微步数。可用值有： 2，4，5，8，10，16，25，32，50，64，125，128，250，256。 34，35 CIR0，CIR1 PWM 循环选择输入。这些输入用来选择 PWM 是否处于循环或 者非循环模式，或者自动循环和非循环模式。 电气特性： 直流电气特性：测试条件: Vdd=+5.0±10%, Topr=25°C 符号 参数 条件 最小 典型 最大 单位 VIL 低电平输入电压 0.8 V VIH 高电平输入电压 2.0 V VT+ 施密特触发器高电平输入电压 VDD=5.0 4.0 V VT‐ 施密特触发器低电平输入电压 VDD=5.0 0.9 V VH 施密特触发器迟滞电压 VDD=5.0 0.1 IIL 低电平输入电流 VIN=VSS 1.0 mA IIH 高电平输入电流 VIN=VDD 1.0 mA VOL 低电平输出电压 VSS=+0.4 V VOH 高电平输出电压 VDD=‐0.4 V IOL 低电平输出电流 ‐6.0 mA IOH 高电平输出电流 3.0 mA ICC 工作电流 20 mA 交流电气特性： www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 符号 参数 最小 典型 最大 单位 tRW RESET 脉宽 200 nS tS MSEL, SCLK 建立时间 100 nS tSW SCLK 脉宽 10 1/2(fCLK) nS tWR WR 脉宽 20 nS tWH WR 上升沿后数据保持时间 0 nS fPWM PWM 频率 20 KHz fCLK SCLK 输入频率 10 MHz 最大额定值： 参数 符号 范围 单位 直流工作电压 VDD VSS‐0.3 to +7.0 V 输入电压 VIN VSS‐0.3 to VDD +7.0 V 输出电压 VOUT VSS‐0.3 to VDD +7.0 V 储存温度 TSTG ‐65 to +150 °C 推荐工作条件： 参数 符号 最小 典型 最大 单位 直流工作电压 VDD 4.5 5.0 5.5 V 输入电压 VIN VSS VDD V 工作温度 TOPR ‐20 85 °C 操作说明： 输入保护 这里有四种保护输入：过温保护，过压保护，A/B 相过流保护 当系统发现一个错误后，TC1002 将会锁存这个错误，FAULT 输出脚输出为逻辑高电平状 态。 在进入保护状态后，相位控制脚，相位使能脚，PWM 都无效。TC1002 必须拉低 RESET 脚来进行复位，或者关闭电源来清除错误状态来使 PWM 和驱动控制脚重新有效。 图 1.3 and 1.4 举例过温/过流应用 图 1.3: 过流保护例子 图 1.4: 过温保护例子 细分选择输入： 细分选择输入脚被用来改变马达每步的细分数。这个输入脚会经过一个施密特触发器用 来增强信号的抗干扰性。芯片可以实现 14 种不同的细分。表 1.6 列出了 MSEL0~3 与细分档 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 的关系。 TC1002 的一个特点就是细分档可以在任何时候改变。细分档无论马达的工作过程中还 是在复位状态下都可改变。只要在下一个 SCLK 时钟的上升沿到来后，新的细分档被锁存和 执行，如果新的细分档被选择，原来设置的步数将不能满足使马达停留在整步上。要使马达 停留在整步上，步数的选择和细分档是有一定的关系。另外使用者还可以利用 FSTEP 脚来调 整。 图 1.6 细分设置 步/方向输入 TC1002 包含一个内在的 SIN/COS 发生器和 DAC，被用来定位 A 相/和 B 相的相位关系， 它输出一个模拟的正弦/余弦波，因此外部就不需要再用 DAC。SCLK 和 DIR 输入经过施密特 触发器用来增强信号的抗干扰性，使 OUTA/OUTB 的输出信号增加一个量或减少一个量。 OUTA/OUTB 信号会在步时钟上升沿改变。至于 OUTA/OUTB 信号改变了多少量，就由 MSEL0~3 脚来决定。 DIR 输入脚决定了 OUTA/OUTB 波形的方向，也就决定了马达运行的方向。DIR 同步于 SCLK。DIR 在 SCLK 的上升沿处被锁存和执行。 EN 脚并不会影响 SCLK 输入脚，如果有信号加到 SCLK 上，SIN/COS 发生器将继续改变， OUTA/OUTB 同时输出。 芯片选择输入 CSEL 脚用来开启一些功能，MSEL0，MSEL1 选择功能。当 CSEL 为低电平或者没有连接 使，MSEL0，MSEL1 用做细分选择。当 CSEL 为高电平，MSEL0，MSEL1 可以被用来：复位芯 片，使 PWM 和驱动控制输出脚无效，SCLK 信号切换到 COUT 脚。MSEL0，MSEL1 输入脚和 功能的关系见表 1.7 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 图 1.7 芯片选择设置 整步输出 这个引脚输出为高就表明当前马达正处在整步中。在 OUTA 或 OUTB 为最低时就会有整 步输出。 对偶 PWM TC1002 包含一个独特的对偶 PWM 电路，它能有效的控制两相马达线圈中的电流，内部 的 PWM 使用在快速衰减或慢速衰减模式中控制电流。 慢速衰减模式 在慢速衰减 PWM，线圈中的电流在 PWM 关闭下，在电路中循环慢速衰减，通常用在 低感应系数的马达中。见图 1.5 快速衰减模式 在快速衰减 PWM，电流在 PWM 关闭的情况下，通过桥流向电压源。这种方式控制电 流允许快速响应但会降低效率，增加电流纹波。尤其在低感应系数马达中。见图 1.6 图 1.5 慢速衰减 PWM 图 1.6 快速衰减 PWM 在 OUTA/OUTB 上升阶段，PWM 将会处在慢速衰减模式，在这个模式下，驱动器尽量保持电 流缓慢减小，提供驱动器工作效率。 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 在 OUTA/OUTB 下降阶段，PWM 将有可能处在两种模式下。第一种是慢速衰减模式提高工作 效率和减少电流纹波，第二种是快速衰减模式下，从马达线圈中拉电流回电源。 设置 PWM 类型 在 TC1002 中 PWM 可以通过 CIR0 和 CIR1 设置成慢速衰减模式，快速衰减模式。这之间的 关系见图 1.8 图 1.8 电流控制模式设置 驱动控制输出 图 1.7 是 OUTA/OUTB，PWM，驱动控制之间的关系。当 OUTA 或 OUTB 为 0，所有驱 动控制脚和使能被关闭。IHI 和 ILOW 输入脚用来分别改变上半边和下半边驱动信号的极性。 这两个引脚不影响 EN 和 PWM 输出信号 图 1.7 驱动控制输出 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 图 1.8 驱动控制输出例子 电流控制 电流数字控制 电路例子见图 1.9 图 1.9 电流数字控制例子 自动减小电流 TC1002 包含一个自动减小电流电路。当马达处在空闲的时候，最后一个 SCLK 上升沿 1.5 秒后，CURRED 脚自动输出为高。在这个脚外加一些结构就可以用来减小线圈中的电流， 在 下一个 SCLK 上升沿来后，CURRED 脚将被复位。这功能可以很好的减小马达和驱动器的电流， 从而可以减小其发热，提高电源效率，虽然两相中的电流都减小，但其减小的百分比是一样 的，所以马达还是停留在那里。 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 图 2.0 自动减小电流 OSC TC1002 包含一个内在的 OSC 发生器，通过外部 RC 电路，推荐其工作在 20KHz，以减少马达 发热和避开听觉范围。OSC 频率与 RC 关系图见 1.9 图 1.9 OSC 频率设置 RESET RESET 输入脚经过施密特去初始化 TC1002。TC1002 必须上电后复位以保证，后面操作。 为了初始化 TC1002，RESET 被拉为逻辑低电平状态至少 200ns 初始化 TC1002 后，A 相处在 0 状态，B 相处在最大状态。只要没有错误发生，FAULT 输出被 清除。在没有 SCLK 输入的 1.5 秒后，自动减小电流。细分选择和方向在 RESET 的上升沿被 锁存。这些无论在 Buss 或 Stand‐alone 模式。 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 外部查找表 TC1002 允许使用外部查找表去合成 A 相/B 相波形。通过使用 RSEL 脚来实现。通过查找表可 以合成自己想要的波形 当 RSEL 脚处于逻辑低电平状态时，内部查找表功能被选择。当 RSEL 为高电平时，地址将会 输出到 OUTB。这个 8 位的地址增加或减小取决于细分和方向输入脚 TC1002 使用一个逐渐递增的地址发生器。8 位地址可以组合成 256 种状态。只有四分之一 OUTA/OUTB 波形被储存。TC1002 会自动复制这些波形信息。 图 2.0 显示了当 MSEL0~3 选择 5 细分时，产生的地址 图 2.0 查找表对应地址 Buss/Stand‐alone 模式 TC1002 可以工作在 Stand‐alone 模式或者也可以工作在 Buss 模式连接到微控制器。 如果 MODE 输入脚为高电平，TC1002 将处在 Stand‐alone 模式，MSEL0~3 和 DIR 在 SCLK 上 升沿的时候被锁存。EN 脚不依靠 SCLK。 如果 MODE 输入脚为低电平，TC1002 将处在 Buss 模式，MSEL0~3，DIR 和 EN 在 WR 上升沿 后被锁存。图 2.2 显示了 WR 的时序 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 图 2.2 WR 时序 典型应用 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 图 2.3 电路图（典型应用） 封装 www.titanmec.com 高性能细分步进马达控制器 TC1002 TC1002 – 44 PIN QFP 图 1.2 TC1002 封装 www.titanmec.com