瑞盟 MS41929 步进电机驱动IC 一些使用心得

概述

        项目上使用了一款（瑞盟MS41929 ）电机驱动芯片，使用了一段时间，在这写些个人心得，个人能力有限，理解可能有误，其它地方还是需要自己看datasheet。在这做一下记录，方便以后查阅。

只需对寄存器来操作即可。高性价比MS41929国产镜头电机驱动IC，完美替代 AN41908A马达驱动IC。讲解对应的手册是《MS41929说明书2.0_24MHz晶振版.pdf》

电机：功率 = 扭矩*角速度
（注：PPS 是pulse per second 的简写，即每秒的脉冲数，所以pps=Hz , 不用换算。）

  科普知识，PWM：
1、频率

1）频率是指1秒内有多少个变化周期，如：1个周期内有一开一关/高低电平形成。例如100Hz，那么也就是1秒内开关（高低电平）100次。
通过示波器看出横坐标是时间，比如：1格是5毫秒，可以看到当前一个周期占用两格，也就是10毫秒，1秒等于1000毫秒，1000除以10就是100Hz，

2）通过上图看出1个周期的时间长度变为4格，也就是1个周期变成20毫秒，1000除以20等于50Hz

3）通过上图看出1个周期的时间长度变为1格，也就是1个周期变成5毫秒，1000除以5等于200Hz

以上3点简述就是频率概念。

2、占空比概念

1）、占空比就是1个周期中高低电平所占用的时间比例，如果把高电平理解为“开”，低电平理解为“关”，那么占空比可以简单理解为“开”的时间百分比。

比如上图，“开”与“关”的时间各占一半，那么占空比就是50%，

2）通过上图可知，“开”的时间明显变长，“关”的时间变短

3）通过上图可知，占空比为100%，波形变成一条高电平直线，意思就是一直处于“开”着，一直处于高电平状态。

4）比如当占空比为30%时，“开”的时间占30%，“关”的时间占70%

5）当占空比为0%时，波形为0伏直线。代表完全处于低电平状态，可以理解为全关。

3、通过以上几点得出结论：

      1）占空比越大，高电平的时间越长，输出的功率也就越大
      2）占空比越小，高电平的时间越短，输出的功率也就越小
开关电源调压，电机调速，LED灯亮度调节，就是利用以上的原理。

科普一下步进电机知识：

                                            1-2-Phase

	1	2	3	4	5	6	7	8
A	+	+	+	_	_	_	_	_
/A	_	_	_	_	+	+	+	_
B	+	_	_	_	_	_	+	+
/B	_	_	+	+	+	_	_	_

 

 

 

 

对应的就是8拍，转一周（在不细分的情况下）

                                           2-2-Phase

	1	2	3	4
A	+	_	_	+
/A	_	+	+	_
B	+	+	_	_
/B	_	_	+	+

 

 

 

 

对应就是4拍，转一周（在不细分的情况下）
假设：
2-2 Phase：一步 = 18°C
电机转一圈
360°C / 18°C = 20步
假设 1s, 100Hz
通过上面表得知：1周期 = 4步，求在多少个，100Hz/s 转1周（圈）
也就是100Hz = 100pps，分别4步走完1周（圈），所以就是100pps * 4 = 400pps。
只需要给它400pps脉冲，电机就可以转1圈。

step(1-2 Phase)  步数（电机1圈的行程：长度）
step(2-2 Phase)  步数（电机1圈的行程：长度）
                                 2-2 Phase 电机
正弦频率          Hz = (pps / 4) -> 对应1~256细分
pps(1-2 Phase)  速度
pps(2-2 Phase)  速度

 

INTCTxx[15:0] × 768 = OSCIN 频率 / 转动频率

INTCTxx[15:0] × PSUMxx[7:0] × 24 = OSCIN 频率 / VD 频率

转动频率 = 800pps / 8 = 100Hz   8细分
因为对应的是1-2相位的Phase

举例说明 OSCIN 频率 = 24 MHz，VD 频率 = 60Hz

INTCTxx[15:0] × 768 = 24 / 100
INTCTxx[15:0] = 24000 / 100 / 768 = 312

PSUMxx[7:0] = OSCIN 频率 / VD 频率 / (INTCTxx[15:0] × 24) = 24 / 60 / (312 * 24) = 53

INTCTxx[15:0] = OSCIN 频率 / VD 频率 / (PSUMxx[7:0] × 24) = 24/60/(53*24) = 314

PSUMxx[7:0] = 1/（100Hz）×24MHz/ (39 ×24) = 256

16384 + (x - 25) * 8 = 16736

(x - 25) * 8 = 16736 - 16384

(x - 25) = 16736 - 16384 / 8
x-25 = 44
x=69

INTCTxx[15:0] × PSUMxx[7:0] × 24 = OSCIN 频率 / VD 频率
INTCTxx[15:0] × 768 = OSCIN 频率 / 转动频率

通过以上两个公式，得出以下公式：
INTCTxx[15:0] × PSUMxx[7:0] × 24 = 24 / 60
‬
INTCTxx[15:0] = 1 / 60 / PSUMxx[7:0]
PSUMxx[7:0] = 1 / 60 / INTCTxx[15:0] = 53

INTCTxx[15:0] = 24MHz / (100Hz × 768) =312
INTCTxx[15:0] × PSUMxx[7:0] × 24 = 24 / 60

INTCTxx[15:0] = 24 /60 / (53 * 24) = 314

PWM频率 = 系统时钟48MHZ/48/10000 = 100HZ

占空比 = 脉宽值(Pulse)/装载值(Period)*100% = 4999/9999 * 100% = 49.9%

PWM 频率 = OSCIN 频率 / ((PWMMODE × 23 ) × 2PWMRES )

PWM 频率 = 24 / ((1 × 8 ) × 1 ) = 3 * 10^3
PWM 频率 = 24 / ((1 × 8 ) × 2 ) = 1.5 * 10^3
PWM 频率 = 24 / ((1 × 8 ) × 4 ) = 0.75 * 10^3

驱动器 X 最大占空比 = PPWx/ (PWMMODE × 8)

最大占空比 = 200 / (28*8) = 0.89
通过结论 PWMMODE不能大于PPWx，不然占空比会超过100%
当 PWMMODE = 10, PPWx = 96
最大占空比 = 96 / (10*8) = 1.2*10^3 = 120%

步距角=360/(2*相数*转子齿数);

360/(2*2*5) = 18°C

VSM08142电机
18°c步距角

转一圈需要多少个脉冲
360°C / 18°C =  20pps

通过公式推导得出结果：（如有错误请及时指出谢谢！）

20pps 就走了18°C。

1）那么1°C是多少pps
20pps / 18°C = 1.11pps，那么1°C是1.11pps。 

2）那么1pps走了多少°C
18°C / 20pps = 0.9°C，那么1pps走了0.9°C。 

64细分等分
18 / 64= 0.28125，得出每一个细分就是0.2°C
通过上面可以得出，1°C / 0.2°C = 5；
0.2°C * 5 = 1°C = 1.11pps
那么：一个细分是多少pps?
1.11 / 5 = 0.222pps
各个放大100倍：
20°C = 22pps

128细分等分
18 / 128= 0.140625，得出每一个细分就是0.14°C
通过上面可以得出，1°C / 0.14°C = 7.14285
0.14°C * 7.142 = 1°C = 1.11pps
那么：一个细分是多少pps?
1.11 / 7.142 = 0.155pps
各个放大100倍：
14°C = 15pps

256细分等分
18 / 256 = 0.0679，得出每一个细分就是 0.067°C
通过上面可以得出，1°C / 0.067°C = 14.9253
0.067°C * 14.9253 = 1°C = 1.11pps
那么：一个细分是多少pps?
1.11 / 14.9253  = 0.0743pps
各个放大100倍：
6°C = 7pps

360/(2*2*10) = 9°C

VSM08161电机
9°c步距角

转一圈需要多少个脉冲
360°C / 9°C =  40pps

 

补充部分：可能和上面介绍有小部分重复内容，自行辨识

t = n×8192/24MHz

n = 24/t/8192

PWM 频率 = OSCIN 频率 / ((PWMMODE × 2^3 ) × 2^PWMRES )

推导出：
PWM 频率 = 24 / ((1 × 2^3 ) × 2^0 ) = 3000

PWM 频率 = 24 / ((2 × 2^3 ) × 2^1 ) = 1500

PWM 频率 = 24 / ((3 × 2^3 ) × 2^2 ) = 250‬

寄存器：0x22
PHMODAB[5:0](相位矫正α电机)

PHMODCD[5:0](相位矫正β电机)

000000			0°
000001			0.7°
011111			21.8°
100000			-22.5°
111111			-0.7°
减幅单位			360° / 512 = 0.70°

 

 

 

 

 

 

步进电机线圈之间的相位差一般为 90°。但是，因为电机的不同,或者工艺偏差，相位差也会偏
移出 90°。因此，即使驱动波形电流的相位差 90°,但是电机本身不是相差 90°,也会产生转矩
纹波,噪声还是存在的。
这个设置主要是减少由于电机变化时产生的转矩纹波。
 

寄存器 0x23
最大占空比由下式进行计算：
驱动器 X 最大占空比 = PPWx/ (PWMMODE × 8)

当 PPWA[7:0] = 200,PWMMODE[4:0] = 28,最大占空比为
200/28/8=0.89=89%

96/10/8=120%

PSUMAB[7:0]（α电机步进数）
PSUMCD[7:0]（β电机步进数）

如果要停止电机转动,设置 PSUMXX[7:0]=0.

寄存器值		总步数
		64 细分模式	128 细分模式	256 细分模式
0		0	0	0
1		500ns	250ns	125ns
max		32.8ms	16.4ms	8.2ms
n		12n/24MHz	6n/24MHz	3n/24MHz

 

 

 

 

 

 

BRAKEAB(α电机刹车状态)CCWCWAB(α电机转动方向)
CCWCWCD(β电机转动方向)
方向定义：
设置值          电机转动方向
0                   正向
1                   反向

BRAKECD(β电机刹车状态)
刹车定义：
设置值         α电机刹车
0                  正常状态
1                  刹车状态

ENDISAB(α电机 Enable/Disable)
ENDISCD(β电机 Enable/Disable)

ENDISAB 和 ENDISCD 分别设置α电机和β电机的输出控制。
当 ENDISxx = 0 时输出高阻态。然而，内部的激励位置计数器在 ENDISxx = 0 仍然保持计数。
因此，当在正常状态下想要停止电机，设置 PSUMxx[7:0] = 0，而不是设置 ENDISxx = 0.

设置值         电机输出状态
0                 输出关闭（高阻态）
1                 输出打开

MICROAB(α电机正弦波分频数)
MICROCD(β电机正弦波分频数)
MICROAB 和 MICROCD 分别设置α电机和β电机的正弦波分频数。
64 分频的波形如第 26 页所示。

MICROAB	分频数
00	256
01	256
10	128
11	64

 

 

 

 

 

 

INTCTAB[15:0]和 INTCTCD[15:0]分别设置α电机和β电机的一个步进的周期。
INTCTAB(α电机 1 个步进周期)
INTCTCD(β电机 1 个步进周期)

寄存器值		总步数
		64 细分模式	128 细分模式	256 细分模式
0		0	0	0
1		500ns	250ns	125ns
max		32.8ms	16.4ms	8.2ms
n		12n/24MHz	6n/24MHz	3n/24MHz

 

 

 

 

 

 

当 INTCTAB[15:0]=0,只要 pwm 最大占空比不为 0，电机就保持在释放时状态。
举例说明：
当 INTCTAB[15:0]=400 时，64 细分下每步周期
    12*400/24MHz=0.2ms
因此，每个正旋波周期为 12.8ms（78.1Hz）；同样计算，128 细分与 256 细分下也为 12.8ms。

对应的芯片手册：下载连接，当然也可以去官网：下载链接

 

总结：想控制步进电机，首先需要花时间去了解电机的运作原理，其次再去了解驱动电机芯片，电机这个学问还是有点深度，还是需要花点时间揣摩才行。好了，废话有点多，本篇只要是给自己做个记录。