摘　要:步進電機可直接接收脈沖信號的控制,適合于數字控制系統. 針對這一特點,提出了一種使用內嵌CAN 控制器的數字信號處理器TMS320L F2407A 構成的步進電機控制系統方案. 給出了該方案的系統結構、硬件原理框圖和CAN 接口電路設計. 該方案硬件系統結構緊湊,性能可靠,信息傳輸通道具有較高的抗干擾性. 關鍵詞:DSP ; TMS320L F2407A ;CAN ;采樣;步進電機 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構,即當步進驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（即步距角） . 步進電機通過控制脈沖個數來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的. 步進電機作為控制執行元件,是機電一體化的關鍵產品之一,廣泛應用在各種自動化控制系統和精密機械等領域. 隨著電力電子技術、微電子技術以及控制技術的不斷發展,各種新穎的步進電機驅動技術被提出用來改善步進電機綜合使用性能. 步進電機驅動技術的發展也促進了步進電機應用范圍不斷擴展. 20 世紀80 年代初期出現的數字信號處理器（DSP） 既增強了微處理器的數據處理能力,提高了精度,又在片內集成了大量的外圍接口,因而在控制系統中得到廣泛應用[sup][1 ] [/sup]. 本系統選用運算高速、功能強大的數字信號處理器作為控制器。 1 系統結構 基于DSP 和CAN 總線的步進電機控制系統由步進電機、微控制器、CAN 總線和工控機組成. 其系統結構如圖1 所示. 其中工控機為控制系統的核心,負責整個系統的控制和管理. 主要是通過現場總線網絡對控制模塊的參數進行設置,實時獲取控制模塊的數據和信息,以及顯示、數據分析和完成報表等功能;CAN 總線部分主要由CAN 總線適配卡、通信介質和相應軟件構成,主要完成數字信號的傳輸;微控制器用于接收主控機指令,完成對步進電機的控制和向主控機發送電機運行狀態信息等功能. 2 硬件部分設計 系統的硬件設計主要由光電隔離及驅動部分、電源部分和CAN 通信部分等組成,光電隔離和驅動部分是控制步進電機運行的核心部分;CAN 通信部分主要是CAN 控制器和微控制器之間的接口電路設計. 系統硬件框圖如圖2 所示. 2. 1 TMS320L F2407A 的主要特點 美國德州儀器公司生產的TMS320L F2407A芯片將實時信號處理能力和控制器外設功能集于一身,特別適合于工業控制應用. 內核采用哈佛結構,運算速度塊,最高可達40 MIPS 的執行速度. 具有豐富的通用輸入/ 輸出引腳. 該芯片供電電壓為3. 3 V ,降低了控制器的功耗; 具有16 路10 位的ADC 和8 路PWM;還提供了符合CAN2. 0B 規范要求的CAN 通信模塊;具有低成本、低功耗、高速運算能力和高性能處理能力等優點,因此該DSP 芯片可以滿足此系統要求[sup][2 ] [/sup]. 2. 2 　光電隔離和功率驅動部分 功率驅動電路的作用是將脈沖信號進行功率放大,給步進電機相繞組提供足夠的電流,驅動步進電機正常工作. 對功率放大器的要求包括:能提供足夠的幅值,前后沿較陡的勵磁電流;功耗小,效率高;運行穩定可靠,便于維修而且成本低. 在功率變換電路中,由于電路拓撲結構的需要和提高電路抗干擾能力的要求,在功率主回路和控制電路之間需要實現電信號的隔離. 隔離環節性能直接影響功率器件的工作和整個電路系統的抗干擾能力. 本驅動系統采用美國IR 公司生產的IR2110 驅動器[3 ] . 它兼有光耦隔離（體積小） 和電磁隔離（速度快） 的優點,是中小功率變換裝置中驅動器件的首選品種. 尤其是高端懸浮自舉電源的成功設計,可以大大減少驅動電源的數目,三相橋式變換器,僅用一組電源即可.IR2110 用于驅動半橋的電路如圖3 所示. 2. 3 　通信部分電路設計 在本設計方案中采用了CAN 總線技術. 該總線技術具有獨特的機制,其主要有以下幾個優點:網絡節點不分主動主從;采用非破壞總線仲裁,支持競爭;傳輸距離遠,通信速度較高（最大1Mbit/ s） ,組網靈活;其報文采用短幀結構,傳輸時間短,受干擾小,具有自己的協議等,所以現場總線CAN 以其自身的優點有效支持分布式控制系統或成為實時控制的串行通信網絡[sup][4～5 ][/sup] . TMS320L F2407A 內帶CAN 控制器,使整個電路的外圍設計簡單化,可靠性也得到提高. 考慮到CAN 總線數據傳輸的高速率和抗干擾性,CAN 通信方案做了如下幾方面設計:DSP 的CANRX 和CAN TX 先通過74LVC04A 進行3. 3 V與5 V 的電平匹配,然后再通過高速光隔TL P113 與TJA1050連接,實現了總線的電氣隔離;采用了TJA1050 作為驅動器代替以往的82C250 ,TJA1050 的優點是完全符合ISO 11898 標準;高速率最高達1 Mbit/ s ;電磁抗干擾性能好;不上電的節點不會對總線造成擾動;輸出驅動器受到溫度保護;至少可以連接110 個節點. 數字電源VCC 和GND 是用小功率隔離模塊DC/ DC 進行一次隔離后得到的,增加了通信的抗干擾能力. CAN 通信接口電路如圖4 所示. 距角1. 2°; 保持轉矩28 N ·m ; 轉子慣量33. 97 kg ·cm[sup]2[/sup] ;空載運行頻率大于等于3 kHz. 通過數字示波器檢測到電壓波形得到電流波形（經過數字濾波后波形） ,步進電機連續運行和加速運行時相電流波形,分別如圖5 ,圖6 所示. 從電流波形可以看出,混合式步進電機的相電流在低頻、高頻時都保持良好的正弦性,說明本系統具有良好的動靜態性能. 4 　結束語 本文將DSP 和CAN 總線等技術應用在步進電機的控制系統中,詳細闡述了對步進電機隔離驅動以及CAN 接口電路的設計,也很充分又巧妙的應用了DSP 芯片的高集成,低功耗的特點. 不難看出該系統控制靈活、數據傳輸可靠,具有較強的通用性和廣泛的應用前景. 從實驗結果可以看出本系統具有良好的動靜態性能. 參考文獻: [1 ] 　周明安. 步進電機驅動技術發展及現狀[J ] . 機電工程技術,2005 （2） :16O17 [2 ] 　劉和平,嚴利平,張學鋒,等. TMS320L F240x DSP 結構、原理及應用[M] . 北京:北京航空航天大學出版社,2002. [3 ] 　朱海民. 基于DSP 的三相混合式步進電機脈沖細分驅動系統[J ] . 機電工程,2005 ,22 （10） :1O4. [4 ] 　楊春杰,魏宗壽. 基于CAN 總線的一種計算機通信方式[J ] . 蘭州交通大學學報,2004 ,23 （6） :105O107. [5 ] 　鄔寬明. CAN 總線原理和應用系統設計[M] . 北京:北京航空航天大學出版社,1996.