章节　　Q电机是一种最重要的继续执行装置，普遍用作工业掌控和各种办公设备中，Q电机的平稳可信运营必要关系到工业掌控的精度和设备的质量，特别是在高精度数控系统中堪称拒绝Q电机需要准确运营。如何构建对Q电机的准确可信掌控沦为工业掌控等系统中的关键技术。

多年来很多专家学者研制出很多性能较好的Q电机控制系统，然而，早期的Q电机控制系统体积大，用于的元器件多，这给系统的可信运营带给了较小的隐患。随着电子技术的发展，很多功能单元都南北模块化和数字化，并且具备体积小，轻巧，工作可靠性低，成本低等优点，而且需要构建多轴掌控，这给Q电机控制系统的设计带给了相当大的便利。由TRINAMIC公司生产的TMC428就是这样一款三轴Q电机运动控制芯片。

这里用于TMC428掌控芯片设计一种三轴Q电机控制系统，本系统可用作经济型三轴数控系统中。　　一、TMC428芯片及其功能　　TMC428是一种小尺寸、高性价比的二相Q电机控制器，还包括方位掌控、速度掌控及微步掌控等Q电机常用的掌控功能，可同时对三个二互为Q电机展开掌控。具有2个独立国家的SPI模块，可分别与微处理器和具有SPI模块的Q电机驱动器相连接，需要与3个TMC236相连接包含菊花链结构。

　　1、结构　　TMC428使用16插槽PCB，是由各个单元的寄存器和片内RAM包含的。其内部还包括二个外部串行接口、波形发生器和脉冲发生器、微步单元、多口RAM控制器和中断控制器。如图一所必。SPI串行通信用于32bit数据长度的非常简单协议，与电机驱动器相连接时，其数据传输速率高达1Mbit/s。

时钟输出范围长且时钟频率最低平均16MHz，使用3.3V或5V的CMOS/TTL相容电平供电。图一　　2、功能　　TMC428有4种有所不同的工作模式，对每个Q电机的掌控分开编程，其中方位掌控有RAMP模式和SOFT模式，速度掌控有VELOCITY模式和HOLD模式。TMC428获取了一组功能有所不同的寄存器单元和片内RAM，一般从微处理器取得控制指令，微处理器则通过发送到和接管相同长度的数据包对TMC428寄存器和RAM展开读写操作。

TMC428的寄存器和片内RAM的功能有所不同。寄存器用作存储电机总体配备参数和运动参数，而片内RAM用作存储驱动串行接口的配备和微步表格。电机总体参数是所指对驱动器菊花链中TMC236的配备。运动参数还包括各电机的当前方位、目标方位、仅次于速度、仅次于加速度、电流比例、波形发生器和脉冲发生器参数以及微步细分分辨率等。

片内RAM还包括64个地址的数据空间，每个地址可存储24位宽的数据，前32位地址数据是对驱动器菊花链串行通信数据包的配备，后32位地址的数据为微步细分表格。　　初始化以后，TMC428才可自动发送到数据包到菊花链的每个TMC236，也就是说，驱动串行接口经过初始化后之后可以自动工作，而不必须微处理器的参予。

只要把方位、速度写出入登录的寄存器就可以掌控电机。TMC428的多口RAM控制器可管理数据的读取时序。

这样，微处理器就可以在任何时间读取寄存器和片内RAM的数据。　　通过波形发生器可以处置存储在寄存器里的运动参数并计算出来电机运动速度曲线。

脉冲发生器则根据波形发生器计算出来获得的速度来产生Q脉冲。Q脉冲产生时TMC428的驱动串行接口将自动发送到数据包给Q电机驱动器菊花链以驱动Q电机。

当使用微步掌控时，微步单元即开始处置根据脉冲发生器产生的Q脉冲，同时根据自由选择的微步分辨率来产生全步、半步和微步脉冲，并通过驱动串口赠送给驱动器菊花链。　　驱动串行接口是TMC428与驱动器菊花链之间的通信接口。

从TMC428到驱动器之间的串行数据包的长度是可配备的，以适应环境由有所不同类型和厂家的电路包含的SPI环形结构，仅次于数据长度为64bit。初始化后，TMC428与Q电机驱动器之间的通信是自动已完成的。

有所不同类型的具有SPI模块的驱动器都可以混合包含菊花链结构与TMC428展开相连。　　二、系统分析　　本系统使用MCS51单片机作为微处理器，用作系统的掌控和指令公布，这是整个控制系统的核心，系统的各种逻辑和数量计算出来都有单片机已完成。由于系统使用SPI串行通信方式，而51单片机本身不具有SPI模块，所以在单片机与TMC428必需独立国家SPI专用模块模块展开数据切换，这里使用MCP2510SPI模块芯片。上电以后，单片机首先对TMC428展开初始化，设置初始的方位、速度以及加速度等运动参数，并且配备菊花链串行通信数据和微步表格。

由于运动参数被配备在TMC428的功能寄存器中，在工作过程中可以根据实际拒绝在线变更以适应环境实际运动过程，而菊花链串行通信数据和微步表是存放在片内RAM中，上电以后这些参数一般无法变更，所以在初始化时要对这些参数展开准确计算出来。使用3个TMC236包含一个菊花链，每个TMC236掌控一个Q电机，当初始化已完成后，TMC428可以瓦解单片机自动地把控制数据发送给TMC236构建对电机的掌控，但由于TMC236所收到的掌控信号较为很弱，足以驱动电机，所以在TMC236收到的掌控信号必需入过功率放大才能驱动电机。系统结构如图二右图。

图二　　三、硬件设计　　本系统单片机搭配AT89S52，系统时钟频率使用16MHZ，由于TMC428的最低工作频率需要超过16MHZ，但TMC236的PWM操作者频率无法多达100KHZ，所以为了便利设计本系统使用方波电路对16MHZ的时钟频率方波为20KHZ，TMC428和TMC236都使用同一20KHZ时钟频率。为增大电源的复杂性，系统由单一+5V直流电源供电。由于本系统中TMC428不用于内部中断，所以3个参照电源输出必需短路，同时没用于3.3V电源，所以V33插槽必需通过一个470nF的电容短路，+5V输出电源要通过一个100nF的电容滤波，以确保TMC428的可信运营。驱动SPI模块的数据输出线SDI_S插槽要通过一个阻值为10K的电阻下拉。

TMC428的nscs_s插槽作为3个TMC236使能信号与CSN插槽连接。控制数据通过SDO_S插槽传输至TMC236的SDI插槽中，由于使用的是菊花链形式，所以3个TMC236通过各自的SDO——SDI两个插槽互为串联。在TMC236电路设计中，20KHZ的外部时钟从OSC插槽输出。

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