MS419XX系列馬達(dá)驅(qū)動原理與教程

MS419XX系列馬達(dá)驅(qū)動原理與使用教程杭州瑞盟科技有限公司MS419XX系列馬達(dá)驅(qū)動描述產(chǎn)品名稱MS41908MMS41909MS41919MS41929工作電壓范圍3V-5.5V3V-5.5V3V-5.5V3V-5.5V最大輸出電流（單通道H橋輸出電流）300mA600mA600mA600mA細(xì)分方式與最大細(xì)分?jǐn)?shù)只有一種細(xì)分方式，內(nèi)部最高256細(xì)分，由內(nèi)部硬件完成，不需要外部干預(yù)只有一種細(xì)分方式，內(nèi)部最高256細(xì)分，由內(nèi)部硬件完成，不需要外部干預(yù)只有一種細(xì)分方式，內(nèi)部最高256細(xì)分，由內(nèi)部硬件完成，不需要外部干預(yù)只有一種細(xì)分方式，內(nèi)部最高256細(xì)分，由內(nèi)部硬件完成，不需要外部干預(yù)是否有過溫保護(hù)溫保145°溫保145°溫保145°溫保145°工作時鐘輸入方式有源晶振或者外部時鐘輸入，輸入頻率范圍20MHz至30MHz有源晶振或者外部時鐘輸入，輸入頻率范圍20MHz至30MHz有源晶振或者外部時鐘輸入，輸入頻率范圍20MHz至30MHz無源晶振或者外部時鐘輸入，輸入頻率范圍20MHz至30MHz主要或者可能應(yīng)用的領(lǐng)域機(jī)芯聚焦、變倍、光圈調(diào)整，小型球機(jī)云臺驅(qū)動、小型智能機(jī)器人機(jī)芯聚焦、變倍調(diào)整，小型球機(jī)云臺驅(qū)動、小型智能機(jī)器人機(jī)芯聚焦、變倍調(diào)整、濾光片切換(IRCUP)，小型球機(jī)云臺驅(qū)動、小型智能機(jī)器人機(jī)芯聚焦、變倍調(diào)整、濾光片切換(IRCUP)，小型球機(jī)云臺驅(qū)動、小型智能機(jī)器人封裝QFN44（6X6）QFN44L（5X5）QFN44L（5X5）、QFN32QFN32…MS419XX系列馬達(dá)驅(qū)動典型應(yīng)用案例MS41908MS41908單芯片解決方案MS41908/MS41909單芯片解決方案框圖MS41909單芯片解決方案MS41919/MS41929單芯片解決方案MS41919/MS41929單芯片解決方案框圖MS419XX系列馬達(dá)驅(qū)動原理框圖1、上圖是MS419XX系列馬達(dá)驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部分的原理框圖。2、從圖可以看出，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動最終是需要VDFZ這個激勵信號來觸發(fā)的。3、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動激勵信號經(jīng)過延時1（DAT1）、延時2（DT2X）之后開始激勵電機(jī)運行，也就是說，電機(jī)的下一個轉(zhuǎn)動動作需要等待DT1+DT2X的時間。MS419XX系列標(biāo)準(zhǔn)的SPI寫時序圖標(biāo)準(zhǔn)的SPI寫時序，客戶可以使用硬件SPI或者單片機(jī)IO口模擬的SPIMS419XX系列標(biāo)準(zhǔn)的SPI讀時序圖標(biāo)準(zhǔn)的SPI讀時序，客戶可以使用硬件SPI或者單片機(jī)IO口模擬的SPIMS419XX步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動初始化流程1、上圖是步進(jìn)電機(jī)細(xì)分框圖2、初始化時，要先把6大主要參數(shù)設(shè)置；（1）相位校正參數(shù)：驅(qū)動器A和驅(qū)動器B相位差目標(biāo)在90°，可修改-22.5°到+21.8°，對應(yīng)寄存器為PHMODXX[5:0]（XX為AB或者CD）（2）幅度設(shè)置：能獨立設(shè)置A/B驅(qū)動器的負(fù)載驅(qū)動電流，對應(yīng)寄存器為PPWA[7:0]、PPWB[7:0]。（3）PWM頻率：驅(qū)動器輸出的PWM波頻率設(shè)置，對應(yīng)寄存器PWMMODE[4:0]、PWMRES[1:0]。（4）微步細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置：能設(shè)置為64、128、256細(xì)分模式，對應(yīng)寄存器MICR0AB[1:0]（5）步進(jìn)周期：設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速與所選擇的細(xì)分模式無關(guān)，對應(yīng)寄存器INTCTXX[15:0]（XX為AB或者CD）。（6）步進(jìn)步數(shù)：設(shè)置VDFZ管腳信號每個上升沿步進(jìn)電機(jī)所走的步數(shù)，對應(yīng)寄存器PSUMXX[7:0]（XX為AB或者CD）。3、按照以上初始化MS419XX驅(qū)動之后，VDFZ每個上升沿到來，步進(jìn)電機(jī)就會轉(zhuǎn)動所設(shè)定的步進(jìn)數(shù)，并且等待下一個VDFZ上升沿到來，如果VDFZ不間斷，那么步進(jìn)電機(jī)就會連續(xù)轉(zhuǎn)動。MS419XX步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動初始化流程用具體實例來說明初始化流程1、首先把20H寄存器設(shè)置為0x1e03，即把PWMMODE設(shè)為0x1e，PWMRES設(shè)為0，那么根據(jù)PWM計算表達(dá)式，此時PWM頻率為27MHz/（0x1eX2^3）=112.5KHz，DT1延時=3X303us，延時約1ms。2、22H寄存器設(shè)置為0x0002，即PHMODAB[5:0]=0，DT2A=2；就是設(shè)置驅(qū)動器A與驅(qū)動器B相位相差90°，DT2A=2X303us=606us延時3、23H寄存器設(shè)置為0x7878，即PPWA[7:0]、PPWB[7:0]都設(shè)置為0x78，調(diào)整輸出負(fù)載電流，占空比輸出=PPWX/（PWMMODEX8）=120/(30X8)=50%4、24H寄存器配置為0x0410，即MICR0AB[1:0]=0，設(shè)為256細(xì)分，ENDISAB=1，使能AB驅(qū)動器輸出，PSUMAB=0x10，即設(shè)置每個VDFZ上升沿到來，步進(jìn)電機(jī)走0x10/8=2步距角。5、25H寄存器設(shè)置為0x1AB5，即INTCTAB[15:0]=0x1AB5，該值是設(shè)定步進(jìn)電機(jī)每個步距角的運行時間，按照此值，每個步距角的運行時間為：0x1AB5X111ns=0.759ms。6、以上5個步驟是設(shè)定AB電機(jī)的，CD電機(jī)的設(shè)置也可以參考此值設(shè)置，如果設(shè)置CD電機(jī)，那么應(yīng)該要按照以下設(shè)置：27H設(shè)為0x0002，28H設(shè)為0x7878，29H設(shè)為0x040f，2AH設(shè)為0x1AB5。PWM頻率計算表達(dá)式MS419XX步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動初始化流程按照前面的初始化之后，只需要連續(xù)給VDFZ脈沖，步進(jìn)電機(jī)就可以連續(xù)轉(zhuǎn)動了，但是要注意兩個VDFZ上升沿之間的間隔一定要稍微大于電機(jī)運行的總時間，否則電機(jī)會有丟步。具體如上圖所示1、上圖是數(shù)字直觀表現(xiàn)出VDFZ上升沿到來之后到電機(jī)運行開始到結(jié)束的過程2、從上圖可以看出，VDFZ上升沿經(jīng)過DT1+DT2時間延遲之后電機(jī)開始運行，電機(jī)運行時間是PSUMXX的值與INTCTXX的值相乘，因為PSUMXX是表示電機(jī)運行的步數(shù)，INTCTXX是表示電機(jī)每步距角運行的時間，所以兩個寄存器的值共同決定電機(jī)每個VDFZ上升沿所運行的時間。MS419XX系列電機(jī)驅(qū)動調(diào)速流程與原理說明1、首先設(shè)定每個STEP（每步）的時間，通過寄存器INTCTXX[15:0]，XX表示AB或者CD，為AB的時候表示調(diào)整的是α電機(jī)的STEP時間，CD表示調(diào)整β電機(jī)的STEP時間。一個STEP時間與INTCTXX[15:0]的關(guān)系：STEP_time=（INTCTXX[15:0]×192）/27M，單位秒，分母為MS419XX的輸入頻率，典型輸入頻率為27M。2、其次設(shè)定每個VD上升沿運行的STEP數(shù)，STEP與PSUMXX[7:0]的關(guān)系如下式STEP=PSUMXX[7:0]/8。

3、那么每一個VD的上升沿運行的總時間為：VD_time=STEP_timexSTEP=（INTCTXX[15:0]×192）/27MxPSUMXX[7:0]/8=INTCTXX[15:0]×PSUMXX[7:0]×24/27M。即VD_time=INTCTXX[15:0]×PSUMXX[7:0]×24/27M（單位：秒）例如：VD_time=1ms，即10^-3s，代入上式得出INTCTXX[15:0]×PSUMXX[7:0]=1125，所以如果只要INTCTXX[15:0]×PSUMXX[7:0]乘積不變，那么VD_time時間也是不變的。4、設(shè)定起始點等待時間DT1與DT2X，就是設(shè)定VD上升沿之后多長時間之后步進(jìn)電機(jī)開始運行，建議一般設(shè)置為3ms以內(nèi)，由于時間短，實際運行起來是沒有停頓感的，也不會有丟步。因為在DT1時間結(jié)束后，再經(jīng)過DT2X時間，步進(jìn)電機(jī)會從停止的地方開始運行，所以不會有丟步。在DT1時間內(nèi)更新INTCTXX[15:0]或者PSUMXX[7:0]的值，等待下一個VD上升沿后執(zhí)行，所以寄存器值的更新也不一定要在DT1里面就更改，只要保證在下一個VD上升沿到來之前更改即可。加、減速的就是通過合理調(diào)整這兩個寄存器來實現(xiàn)的。5、根據(jù)1、2、3、4步就可以確定VD的頻率了，兩個VD的上升沿之間的時間應(yīng)該要比運行的總時間加上DT1的時間相等或者稍長，這樣才是最合理的，也能通過VD的脈沖數(shù)來確定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的步數(shù)。6、通過以上5個步奏就能實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加、減速的控制。MS419XX系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，還可以針對低壓的小電機(jī)做一些小云臺，特別是對噪聲抑制有要求場合，比如一些攝像機(jī)云臺，有麥克風(fēng)采集聲音，所以云臺一定要超靜音。此時選擇MS419XX系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動是最好的選擇。MS419XX系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動除了機(jī)芯驅(qū)動的其它應(yīng)用領(lǐng)域MS41908光圈驅(qū)動原理閉環(huán)狀態(tài)下，根據(jù)PID公式閉環(huán)工作時，理想狀態(tài)下，u(k)趨于0，即10位ADC的輸出與IRS_TGT值相同。光圈自動調(diào)整PID環(huán)路工作原理框圖光圈模塊的種類A類B類C類主要有三種一體化光圈，A類是無霍爾反饋，只帶阻尼輸出的；B類是帶霍爾反饋的；C類是既帶霍爾也帶阻尼反饋的。MS41908只支持B類和C類一體化光圈PID自動光圈要設(shè)置的主要參數(shù)1、低通濾波器截止頻率選擇2、前置濾波器截止頻率選擇3、PID參數(shù)設(shè)置4、后置濾波器截止頻率選擇5、PWM頻率選擇6、增益放大器增益設(shè)置7、霍爾DAC偏置電流設(shè)置8、霍爾增益放大器截止頻率選擇與DAC補償9、光圈需求值設(shè)置PID自動光圈要設(shè)置的主要參數(shù)1、00H寄存器設(shè)置為0，即光圈目標(biāo)值IRSTGT[9:0]設(shè)為0（光圈全閉狀態(tài)）2、01H寄存器設(shè)置為0，即使幾個濾波器的截止頻率都為默認(rèn)的最低值，PID增益即DGAIN[6:0]初步設(shè)為零，但是該值的確定應(yīng)該是在35Hz的AD輸入和是PID零點=35Hz，極點=900Hz，PWM頻率=31.25KHz的條件下馬達(dá)輸入的增益。3、02H寄存器設(shè)置為0x3500，即設(shè)置PID零點=35Hz，極點=950Hz。4、03H寄存器設(shè)置為0x0230，即設(shè)置PID的PWM頻率=31.25KHz5、04H寄存器設(shè)置為0x8040，即設(shè)置霍爾的偏置電流與偏置電壓。偏置電流和偏壓調(diào)整的方法如下：1）霍爾信號偏置電流設(shè)置2）一旦失調(diào)電壓被設(shè)置為0（設(shè)置值為：80h），輸出OP3OUT被調(diào)整（反饋到10bitADC）。

a)霍爾增益（HALL_GAIN[3:0]）的調(diào)整使OP3OUT的輸出在光圈完全打開和完全關(guān)斷的范圍內(nèi)，接近于目標(biāo)值范圍。舉例說明：當(dāng)目標(biāo)值DVDD=3.0V，完全打開=0.2V，完全關(guān)閉=2.8V；霍爾增益(HALL_GAIN[3:0])調(diào)整為使OP3OUT端口輸出范圍接近于2.8V-0.2V=2.6V。b)偏置電流被調(diào)整使得輸出范圍接近于目標(biāo)值范圍c)失調(diào)電壓被調(diào)整使得OP3OUT的輸出接近于目標(biāo)值范圍b和c能分別執(zhí)行。6、05H寄存器設(shè)置為0x0004，即設(shè)置光圈目標(biāo)值低通濾波器的截止頻率為40Hz，一般情況該值應(yīng)該要比VDIS低。7、06H寄存器設(shè)置為0x000A，即START1[9:0]設(shè)置Pulse1的開始時間。從VD_IS的上升沿開始計算，直到達(dá)到了設(shè)置時間結(jié)束。8、07H寄存器設(shè)置為0x0064，即WIDTH1[11:0]設(shè)置為Pulse1的脈寬。從開始時間結(jié)束時同步開始計數(shù)，直到達(dá)到了設(shè)置的時間結(jié)束。START1與WIDTH1時序關(guān)系，如右上圖所示。PID自動光圈要設(shè)置的主要參數(shù)9、08H寄存器設(shè)置為0x000A，即START2[9:0]設(shè)置Pulse2的開始時間10、09H寄存器是設(shè)置為0x8064，即WIDTH2[5:0]設(shè)置為Pulse2的脈寬。從開始時間結(jié)束時同步開始計數(shù)，直到達(dá)到了設(shè)置的時間結(jié)束。START2與WIDTH2時序關(guān)系，如下圖所示。11、0AH寄存器設(shè)置為0x075f，即DUTYTEST=1，驅(qū)動信號占空比與PWM_IRIS[2:0]的設(shè)置值有關(guān)。a的計算方法是a={TGT_IN_TEST[8:1],2’b00,TGT_IN_TEST[0]}(10位2進(jìn)制數(shù))b如上面的表格所示和PWM_IRIS[2:0]有關(guān)占空比由計算a/b得到。如果a/b>1,占空比是100%。舉例說明：當(dāng)TGT_IN_TEST[8:0]=80h,PWM_IRIS[2:0]=2,a={40h,2’b00’1’b0}=200ha/b=200h/862=0.5912、0BH寄存器設(shè)置為0x0410PID自動光圈要設(shè)置的主要參數(shù)13、0EH寄存器設(shè)置為0x0E50，即設(shè)置光圈目標(biāo)值平移每一步的時間，AVE_SPEED[4:0]=0x0E，舉例說明：設(shè)置AVE_SPEED[4:0]使得數(shù)據(jù)更新的速度和VD信號的周期基本相同。如果VD=60Hz，那么在8步調(diào)節(jié)的情況下，每一步的時間即1/(60Hz)/8=2.08ms參考表格，每一步的時間根據(jù)AVE_SPEED[4:0]的值可設(shè)置為2.12ms，所以光圈每隔17.0ms改變一次PID自動