步进电机控制+驱动芯片－－-TMC222的原理及应用

                               
摘 要：在今日空间有限的环境中，设计人员急需功能丰富，体积精巧而整体效能强大的解决方案，TMC211在对步进电机的控制中集成了控制和驱动功能，减轻了软件的设计量，减少外围电路，从而达到降低成本的目的。
关键词： OTP ； IIC ； PWM ；微步细分
1．功能
         TMC222突破传统的控制和驱动分离的设计理念将控制和驱动功能集成在一个芯片上，大大减少了开发时间和成本的同时也减小了产品的体积，增强了功能。
        TMC222集成了微步控制，微步驱动，RAM以及OTP存储器。RAM或OTP用于存储电机参数和配置的设置。TMC211具有4bit微步细分功能可以实现16倍的细分数，内部集成的功率驱动管可以达到0.8A的电流输出。TMC222通过IIC总线与上位控制器通讯，只需要一个廉价的控制器与TMC222组合便可组成一个完整的运动控制系统。TMC222的主要优点如下：
◆电机驱动
●通过4bit的微步可实现16细分的电机控制
●电机线圈的电流可编程控制，最大的输出电流可达0.8A
●提供的操作电压范围8V-29 V
●PWM电流控制
●整步频率1KHz
●高温，开路，短路，过流，欠压诊断

◆运动控制
●内置16bit宽度的位置计数器
●可编程的速度以及加速度设置
●可以在运动过程中更改电机的参数包括目标位置
●可读出参考信号的输入

◆ IIC 接口
● 传输速率350Kbps
● 可读取诊断信息以及电机参数，状态
● 可编程节点地址数为32


TMC222封装如下表：

2．引脚定义

                                                                                         引脚定义表

3．内部结构及工作原理

内部结构图
       电机的许多参数如加速度，速度，目标位置等参数通过IIC接口传送到主控制部分，这些信息被存储在内部的RAM或OTP中，位置控制器会访问这些寄存器，通过对这些信息的处理来驱动电机运动到目标位置。同时主控制器可以时时读取电机的当前状态，万一出了问题，控制其会对错误信号进行相应处理，诊断信息和报错也会通过LIN传送至上位控制器中。内部的两个H桥功率放大管用来驱动两相步进电机，功率管可以实现输出电流达到0.8A.PWM原理用于电机线圈电流的控制。
        TMC222支持微步细分功能具有半步、1/4、1/8、1/16，该功能保证了步进电机的平滑运动和很小的力矩波动几种细分模式可于用户自己选择。 
        在运动过程中更改目标位置，TMC222有着和其它控制器不同的功能，这种更改电机是及时响应的，其它的控制器的控制方法是要在第一个目标位置到达后才执行更改后的目标位置，并非及时地响应。
TMC222内部具有温度检测功能，到温度达到极限温度时电路会自动进入关闭状态，而且在这之前会产生温度报警信号；此外TMC222还具有电压检测功能，电路也会进入关闭状态当检测到电压低于极限值时，而且在这之前也会有报警信号产生。 

系统构成

图8 TMC222典型的应用
        整个系统的电路非常简单，采用任何具有IIC通讯的微处理器结合TMC222芯片便构成单轴步进电机控制驱动系统，整个系统只需要2个主要的芯片即可，其中所有的运动功能包括波形发生器，脉冲发生器；驱动功能包括PWM，功率驱动等主要功能均由TMC211来实现，外部直接连接两相步进电机，而微处理器负责通讯以及向TMC222发送指令，和传统的方式相比大大减轻的微处理器的负担，可以将其解放出来做更高层次的开发如I/O控制等。
         整套系统外围电路非常简单，抗干扰能力强，可靠性高，减少系统的成本。由于整个系统只需要2个芯片所以可把体积做得很小，可用在空间有限的场合，如安防上的云台以及仪器仪表，汽车电子等众多领域。