西门子6ES7223-1PL22-0XA8规格齐全

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CIPH9803A是一种可编程五相步进电机控制芯片，它具有步数、递转启动、停止、暂停、高速、快速等多种设置功能。文中介绍了CIPH9803A的引脚功能和工作原理，并给出了其在五相步进电机控制系统中的应用电路。 
   
关键词：CIPH9803A；五相步进电机；控制系统

1  引言
CIPH9803A是一种可编程五相步进电机控制芯片。该芯片具有步数设置（*大步数高达100万步）、可逆运转、启动、停车、暂停、工速、快速等多种设置功能，它具有一个传感信号输入端口，可控制步进电机的定位停车。实际应用表明，以CIPH9803A专用芯片为核心的五相步进电机控制电路具有、可靠性高等优点，特别适合机床设备的技术改造。

2  引脚功能和技术参数
2．1  引脚功能
CIPH9803A芯片的引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：
RST：复位引脚，高电平有效，正常工作时，该引脚应为低电平；
OUT1～OUT5：分别为五相步进电机的A～E相的激励输出，均为负脉冲有效，负载电流小于25mA；
     XTAL1、XTAL2：晶体振荡电路接入端；
STOP：步进电机停车输入端，负脉冲有效。当步进电机运行到*位置时，可将光电传感器产生的负脉冲输入到该端，以自动停止步进电机的运行；
LED：按键指示输出端，低电平有效。在键盘的任一键按下时，该端输出低电平；
     GND：电源地；
    VDD：电源正端（＋2．7～＋6．5V）；
    C1～C4：分别用于连接行列式键盘的第1～4列；
R1～R4：分别用于连接行列式键盘的第1～4行。

2．2  主要技术参数
    CIPH9803A的主要技术参数如下：
    ●工速：6r／min；
    ●快速：60r／min；
●OUT1～OUT5：步进电机的五相激励输出，为五相十拍，负载能力小于25mA；
●*大步数设置：999999步。

3  工作原理
CIPH9803A在工作时，首先应由键盘设置步进电机的运转步数。在步数设置过程中，如果发现当前输入的数字有误，可按一下“C”功能键将其，每按一次“C”功能键就可一位已输入的数字，如果连按六次“C”功能键，就可已输入的六位数字；运转步数设置好后，可由“A”功能键设置正反转标志，“A”功能键是正反转双功能切换键，默认为正转；由“B”功能键设置工速与快速标志，“B”功能键是工速与快速双功能切换键，默认为工速；当步进电机的运转步数、正反转标志以及工速快速标志等设置好后，只要按一下“E”功能键则可立即启动步进电机运行。在步进电机运行过程中，如果需要暂停，只要按一下“D”键即可，若再按一下“D”键，则步进电机将继续运行。步进电机停车方式有三种：一是运行到规定步数后自动停车；二是按“F”功能键强行停车；三是由定位传感器获取的定位信号来控制停车。

4  应用电路
基于CIPH9803A专用芯片的五相步进电机控制系统电路如图2所示。图中，固态继电器为步进电机功率驱动器件，用户应根据步进电机负载大小合理选择固态继电器的型号，如5A、10A、15A、20A等。

5  结束语
基于CIPH9803A专用芯片的五相步进电机控制系统具有集成度高、外围电路简单、便于维护、运行可靠等特点。该系统在天津某机电公司机床设备的技术改造中使用后，效果十分理想。

1 引言

步进电机定位准确且与数字电路接口连接非常方便，无需反馈就可实现准确的角位移，在数控机床等许多领域中得到了广泛应用。随着电子技术的发展，对步进电机细分控制技术的研究日趋深入，该技术不仅解决了步进电机步距角大的问题，提高了步进电机的分辨率，减弱或了步进电机的低频振动，而且也改善了电机的其他性能。从而使步进电机的应用范围进一步扩大，控制更加灵活。

2 步进电机细分驱动的基本原理

步进电机的细分功能采用数／模转换技术，用阶梯波驱动代替传统的方波驱动，使电机能以微步距“连续运动”。具体办法一般为：微处理器接收步进信号的输入，经内部识别处理后，查表得到电机的驱动电流大小。并将这个数值与当前步进电机的工作电流比较，满足条件电流通，不满足则断。由此得到用来控制步进电机细分的正弦波阶梯电流信号，经驱动系统的驱动，使步进电机的相电流按近似正弦波的波形变化，使得电机平稳运转，示意图如图1所示。

3 MC56F8323简介

DSP处理器采用Freescale公司的MC56F8323，56F8300系列被称为“合成控制器”，其含义是该器件采用的是结合了DSP与MCU功能的56800E内核。MC56F8323内核中保留了*常用和*有用的DSP和MCU指令集，简化了编程难度，允许习惯于MCU的设计工程师采用C编译器进行编程，简化了其DSP代码的编译。MC56F8323内部总线结构是一种经过改进的哈佛架构，拥有7条内部程序总线和数据总线，其中2条为32位宽；内部的数据RAM具有两个端口，因此可在单个周期中进行两次存取。这些特性对于处理器的处理控制能力非常重要。

4 硬件系统设计

如图2所示，步进电机细分驱动模块主要由变压器、整流器、MC56F8323、MOSFET桥、电流检测、保护电路等组成。MOSFET桥的开断采用PWM控制，与MC56F8323的PWM模块相连（P3、P4）；细分级选择拨盘开关、电流设置开关、各控制信号与MC56F8323的GPIO相连。MC56F8323及其外围电路图如图3所示。





5 软件设计

系统软件流程如图4所示。模块上电后，系统初始化，MC56F8323电机运转方向设置，当MC56F8323接收到步进脉冲信号时，在预先存储的数据库中查找出相应相位的电流值，MC56F8323内置的PWM控制器输出脉冲信号，开启对应的MOSFET功率管，使电机朝设定方向运转；电枢电流流经霍尔器件，产生与电枢电流成比例的电流值，此电流值经过I／V转换放大，输入MC56F8323的A／D转换器输入端，将转换与数据库中对应相位的预定值比较，如果电枢电流小于预定值，PWM继续有效，MOSFET导通；若电枢电流大于预定值，PWM无效，MOSFET断开；延迟一段时间后，PWM重新有效，系统继续对电枢电流进行检测，如此反复，直到下一个步进脉冲到来，系统从数据库中查找出新的预定电流值，转换将与此值作比较，输出对应的PWM，控制MOSFET的工作状态。



其他附加功能实现分别如下：通过控制I／V转换器的放大倍数，达到电流可调的目的；系统每接收到步进脉冲，计数器开始计数，新的步进脉冲清零计数器初值，当计数器计数达到0.1 s，自动将电机当前电流值减半，进入半电流省电工作模式，便于下次启动；系统试机功能采用MC56F8323片内计数器分频输出的10 kHz脉冲信号作为步进脉冲，控制系统运行，以检查系统的工作状况；相位记忆功能使DSP记住数据库访问的当前位置，下次步进脉冲将从当前位置向下、向上取得新的各相电流预定值。

保护功能实现如下：通过对母线电压分压取样，放大后，通过窗口比较器，如果发现高于预定*高值或低于预定*低值，向MC56F8323发出中断请求，MC56F8323立即响应中断请求，屏蔽步进脉冲输入，关闭系统总电源，实现过压、欠压保护功能；将两相电流绝对值相加，如果大于预定值，说明流经电机电流过大，电机负载过重，则屏蔽步进脉冲输入，关闭电源，实现过流、过载保护；防浪涌电流、泵升抑制电路采用全硬件方式实现，提高反应速度。

6 结束语

本系统设计基本实现了一个包括过压、欠压、过流、过载、过热、断（缺）相、防浪涌电流、泵升电压抑制等功能的步进电机高速细分模块方案，实现了步进电机的高速精确控制，同时也附加了完整的保护系统，扩展了步进电机的应用领域，延长了电机的使用寿命，具有广阔的应用空间和市场前景。

一、引言

 随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。有人将其称为现代工业控制的三大支柱（即PLC，机器人，/CAM）之一。目前可编程序控制器（Programmable Controller）简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具。

二、PLC的基本结构

 PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口电路等。如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其它各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。

三、控制方法及研究

1、FP1的特殊功能简介

 (1) 脉冲输出

 FP1的输出端Y7可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为360Hz～5kHz。

 (2) 高速计数器（HSC）

 FP1内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，*高计数频率为10kHz，计数范围-8388608～+8388607。

 (3) 输入延时滤波

 FP1的输入端采用输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来的不可靠性，其延时时间可根据需要进行调节，调节范围为1ms～128ms。

 (4) 中断功能

 FP1的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时中断。

2、步进电机的速度控制

 FP1有一条SPD0指令，该指令配合HSC和Y7的脉冲输出功能可实现速度及位置控制。

3、控制系统的程序运行

Y7输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控制步进电机运转。同时Y7接至PLC的输入接点X0，并经X0送至PLC内部的HSC。HSC计数Y7的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y7的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较准确的位置控制。

控制系统的运行程序：第一句是将DT9044和DT9045清零，即为HSC进行计数做准备;第二句～第五句是建立参数表，参数存放在以DT20为首地址的数据寄存器区;*后一句是启动SPD0指令，执行到这句则从DT20开始取出设定的参数并完成相应的控制要求。

 由第一句可知第一个参数是K0，是PULSE方式的特征值，由此规定了输出方式。第二个参数是K70，对应脉冲频率为500Hz，于是Y7发出频率为500Hz的脉冲。第三个参数是K1000，即按此频率发1000个脉冲后则切换到下一个频率。而下一个频率即*后一个参数是K0，所以当执行到这一步时脉冲停止，于是电机停转。故当运行此程序时即可使步进电机按照规定的速度、预定的转数驱动控制对象，使之达到预定位置后自动停止。

三、结束语

 利用可编程序控制器可以方便地实现对电机速度和位置的控制，方便可靠地进行各种步进电机的操作，完成各种复杂的工作。它代表了先进的工业自动化，加速了机电一体化的实现。

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