TA8435H应用电路
ta8435h是东芝公司推出的一款单片步进电机专用驱动芯片。文中介绍了该芯片的特点、引脚功能和工作原理，给出了采用89c51和82c53作为控制核心驱动步进电机的具体电路和相关程序代码。
关键词：步进电机；ta8435h；细分驱动；82c53；89c51
１ 主要特点
ｔａ８４３５ｈ是东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片，ｔａ８４３５ｈ可以驱动二相步进电机，且电路简单，工作可靠。该芯片还具有以下特点：
●工作电压范围宽（１０ｖ～４０ｖ）；
●输出电流可达１．５ａ?平均?和２．５ａ?峰值?；
●具有整步、半步、１／４细分、１／８细分运行方式可供选择；
●采用脉宽调制式斩波驱动方式；
●具有正／反转控制功能；
●带有复位和使能引脚?
●可选择使用单时钟输入或双时钟输入。
２ 引脚功能
ｔａ８４３５ｈ采用ｚｉｐ２５封装形式，图１为其引脚排列图。各引脚功能如下：
脚１（ｓ－ｇｎｄ）：信号地；
脚２（ｒｅｓｅｔ）：复位端，低电平有效，当该端有效时，电路复位到起始状态，此时在任何激励方 式下，输出各相都置于它们的原点；
引脚３（ｅｎａｂｌｅ）：使能端，低电平有效；当该端为高电平时电路处于维持状态，此时各相输出 被强制关闭；
引脚４（ｏｓｃ）：该脚外接电容的典型值可决定芯片内部驱动级的斩波频率（１５ｋｈｚ～８０ｋｈ ｚ），计算公式为：ｆｏｓｃ＝１／?５．１５×ｃｏｓｃ式中，ｃｏｓｃ的单位为μｆ?ｆｏｓｃ的单位为ｋｈｚ。
脚５（ｃｗ／ｃｃｗ）：正、反转控制引脚；
脚６、７（ｃｋ２、ｃｋ１）：时钟输入端，可选择单时钟输入或双时钟输入，最大时钟输入频率为５ｋｈｚ；
脚８、９（ｍ１、ｍ２）：选择激励方式，００表示步进电机工作在整步方式，１０为半步方式，０１为１／４细分方式，１１为１／８细分方式；
脚１０（ｒｅｆ ｉｎ）：ｖｎｆ输入控制，接高电平时ｖｎｆ为０．８ｖ，接低电平时ｖｎｆ为０．５ｖ；
脚１１（ｍｏ）：输出监视，用于监视输出电流峰值位置；
脚１３（ｖｃｃ）：逻辑电路供电引脚，一般为５ｖ；
脚１５、２４（ｖｍｂ、ｖｍａ）：ｂ相和ａ相负载电源端；
脚１６、１９（ ｂ、ｂ）：ｂ相输出引脚；
脚１７、２２（ｐｇ－ｂ、ｐｇ－ａ）：ｂ相和ａ相负载地；
脚１８、２１（ｎｆｂ、ｎｆａ）：ｂ相和ａ相电流检测端，由该引脚外接电阻和ｒｅｆ－ｉｎ引脚控制的输出电流为：ｉｏ＝ｖｎｆ／ｒｎｆ
脚２０、２３（ ａ、ａ）：ａ相输出引脚。
３ 实际应用电路
笔者为省重点科研项目《智能化大气污染系统的研究》所设计的电路共需驱动三个二相步进电机，以分别完成进样、采样和阀门控制。
图２是ｔａ８４３５ｈ的一个典型应用电路，该电路用一片ｔａ８４３５ｈ来驱动一个步进电机，输入信号有使能控制、正反转控制和时钟输入，通过光耦可将驱动器与输入级进行电隔离，以起到逻辑电平隔离和保护作用；该电路工作在１／８细分模式（ｍ１、ｍ１接高电平），可减小低速时的振动，ｒ８和ｃ１组成复位电路，ｄ１～ｄ４快恢复二极管可用来泄放绕组电流?由于ｒｅｆ ｉｎ引脚接高电平，因此ｖｎｆ为０．８ｖ，输出级斩波电流为ｖｎｆ／ｒｎｆ＝０．８／０．８＝１ａ，选用不同的二相步进电机时，应根据其电流大小选择合适的ｒ１３和ｒ１４。
图３是步进电机核心控制电路，该电路能够控制如图２所示的三个步进电机驱动器。本设计采用外部定时／计数器８２ｃ５３来给ｔａ８４３５ｈ提供步进脉冲。因为８２ｃ５３有三个定时／计数器，可以驱动三个步进电机控制器，因而能满足设计要求；另外，８２ｃ５３的工作方式３是一种方波速率发生器。在这种方式下，当ｃｐｕ设置控制字后，输出将为高电平，在写完计数值后就自动开始计数，输出保持高电平；而当计到一半计数值时，输出变低直到计数到０，此后输出又变高以重新开始计数。在计数期间写入新的计数值并不影响现行的计数过程。但是若在方波半周期结束前和新计数值写入后收到ｇａｔｅ脉冲，那么计数器将在下一个ｃｌｋ脉冲时装入新的计数值并以这个计数值开始计数。否则，新的计数值将在现行半周期结束时装入计数值。因此，只要写入不同的计数初值，就能控制步进电机的转速而不需要用软件来控制高低电平的转换，因而编程比较容易。本设计将８２ｃ５３的ｇａｔｅ端全部接高电平，新的计数值将在现行半周期结束时起作用。
由于采用了定时／计数器８２ｃ５３作为步进脉冲产生电路，因此系统编程十分简单，以下语句为控制一个步进电机的相应程序代码。
＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｒｅｇ５２．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ａｂｓａｃｃ．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｉｎｔｒｉｎｓ．ｈ＞
＃ｄｅｆｉｎｅ ａ８２５３ａ ｘｂｙｔｅ[０ｘｂ０００] ／／计数器０地址
＃ｄｅｆｉｎｅ ａ８２５３ｂ ｘｂｙｔｅ[０ｘｂ１００] ／／计数器１地址
＃ｄｅｆｉｎｅ ａ８２５３ｃ ｘｂｙｔｅ[０ｘｂ２００] ／／计数器２地址
＃ｄｅｆｉｎｅ ａ８２５３ｄ ｘｂｙｔｅ[０ｘｂ３００] ／／控制字口地址
＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｃｈａｒ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ
＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｉｎｔ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ
ｕｉｎｔ ｔｉｍｅ１; ／／电机１运行时间
ｕｃｈａｒ ｓｐｅｅｄ１;／／电机１运转速度
ｓｂｉｔ ｅｎ１＝ｐ１＾０; ／／电机１使能控制
ｓｂｉｔ ｄｉｒ１＝ｐ１＾１; ／／／电机１方向控制
ｕｉｎｔ ｓｕｍ１;
ｕｃｈａｒ ｃｏｄｅ ｓｄｔａｂ[１６]＝{０ｘ３０,０ｘ３５,０ｘ４０,０ｘ４５,０ｘ５０,０ｘ５５,０ｘ６０,０ｘ６５,０ｘ７０,
０ｘ７５,０ｘ８０,０ｘ８５,０ｘ９０,０ｘ９５,０ｘａ０,０ｘａ５};
／／１６个计数初值，对应１６种转速，初值大小应根据电机的转速要求和８２ｃ５３计数器ｃｌｋ端输入的时钟频率决定
ｍａｉｎ()
{
ａ８２５３ｄ＝０ｘ１６; ／／计数器０方式３，只读写高位字节
ａ８２５３ｄ＝０ｘ５６; ／／计数器１方式３，只读写高位字节
ａ８２５３ｄ＝０ｘ９６; ／／计数器２方式３，只读写高位字节
ｄｉｒ１＝１; ／／运转方向
ｔｉｍｅ１＝２００; ／／运转２００秒
ｓｐｅｅｄ１＝３; ／／速度等级３
／／以上是电机１的运行参数，实际应用中?一般先用上位机通过串口将数据送入８９ｃ５１单片机存储器，然后由单片机按照上位机送入的数据来控制步进电机的运行速度、方向和时间。
ｓｕｍ１＝ｔｉｍｅ１＊２０;
／／ｓｕｍ１为８９ｃ５１定时器ｔ０中断次数，因为定时间隔为０．０５秒
ａ８２５３ａ＝ｓｄｔａｂ[ｓｐｅｅｄ１];
／／向８２ｃ５３计数器０送初值，ｏｕｔ０脚输出方波
ｅｎ１＝１;／／电机１开始运转
ｔｍｏｄ＝０ｘ０１;
ｔｌ０＝－４６０８０％２５６;
ｔｈ０＝－４６０８０／２５６;
ｅｔ０＝１;
ｅａ＝１;
ｔｒ０＝１;
／／８９ｃ５１的计数器０用于定时器，定时间隔０．０５秒，方式１，中断方式，晶振１１．０５９２ｍ
ｗｈｉｌｅ(１0);?
}
ｖｏｉｄ ｔ０＿ｓｒｖ(ｖｏｉｄ) ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ １ ｕｓｉｎｇ １
{／／中断服务程序，执行完后，电机停止运行
ｔｌ０＝－４６０８０％２５６;
ｔｈ０＝－４６０８０／２５６;
ｓｕｍ１－－;
ｉｆ(ｓｕｍ１＝＝０)
{
ｅｎ１＝０?／／ 电机停止运行
}
}
结论
采用ｔａ８４３５ｈ构成步进电机驱动器，利用８２ｃ５３输出步进脉冲的设计方案具有占用ｃｐｕ时间短、编程容易、结构简单、成本低、可靠性好、抗干扰能力强等优点，因此可在控制和测量领域中得到广泛应用。
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１ 主要特点
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●工作电压范围宽（１０ｖ～４０ｖ）；
●输出电流可达１．５ａ?平均?和２．５ａ?峰值?；
●具有整步、半步、１／４细分、１／８细分运行方式可供选择；
●采用脉宽调制式斩波驱动方式；
●具有正／反转控制功能；
●带有复位和使能引脚?
●可选择使用单时钟输入或双时钟输入。
２ 引脚功能
ｔａ８４３５ｈ采用ｚｉｐ２５封装形式，图１为其引脚排列图。各引脚功能如下：
脚１（ｓ－ｇｎｄ）：信号地；
脚２（ｒｅｓｅｔ）：复位端，低电平有效，当该端有效时，电路复位到起始状态，此时在任何激励方 式下，输出各相都置于它们的原点；
引脚３（ｅｎａｂｌｅ）：使能端，低电平有效；当该端为高电平时电路处于维持状态，此时各相输出 被强制关闭；
引脚４（ｏｓｃ）：该脚外接电容的典型值可决定芯片内部驱动级的斩波频率（１５ｋｈｚ～８０ｋｈ ｚ），计算公式为：ｆｏｓｃ＝１／?５．１５×ｃｏｓｃ式中，ｃｏｓｃ的单位为μｆ?ｆｏｓｃ的单位为ｋｈｚ。
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脚６、７（ｃｋ２、ｃｋ１）：时钟输入端，可选择单时钟输入或双时钟输入，最大时钟输入频率为５ｋｈｚ；
脚８、９（ｍ１、ｍ２）：选择激励方式，００表示步进电机工作在整步方式，１０为半步方式，０１为１／４细分方式，１１为１／８细分方式；
脚１０（ｒｅｆ ｉｎ）：ｖｎｆ输入控制，接高电平时ｖｎｆ为０．８ｖ，接低电平时ｖｎｆ为０．５ｖ；
脚１１（ｍｏ）：输出监视，用于监视输出电流峰值位置；
脚１３（ｖｃｃ）：逻辑电路供电引脚，一般为５ｖ；
脚１５、２４（ｖｍｂ、ｖｍａ）：ｂ相和ａ相负载电源端；
脚１６、１９（ ｂ、ｂ）：ｂ相输出引脚；
脚１７、２２（ｐｇ－ｂ、ｐｇ－ａ）：ｂ相和ａ相负载地；
脚１８、２１（ｎｆｂ、ｎｆａ）：ｂ相和ａ相电流检测端，由该引脚外接电阻和ｒｅｆ－ｉｎ引脚控制的输出电流为：ｉｏ＝ｖｎｆ／ｒｎｆ
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由于采用了定时／计数器８２ｃ５３作为步进脉冲产生电路，因此系统编程十分简单，以下语句为控制一个步进电机的相应程序代码。
＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｒｅｇ５２．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ａｂｓａｃｃ．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｉｎｔｒｉｎｓ．ｈ＞
＃ｄｅｆｉｎｅ ａ８２５３ａ ｘｂｙｔｅ[０ｘｂ０００] ／／计数器０地址
＃ｄｅｆｉｎｅ ａ８２５３ｂ ｘｂｙｔｅ[０ｘｂ１００] ／／计数器１地址
＃ｄｅｆｉｎｅ ａ８２５３ｃ ｘｂｙｔｅ[０ｘｂ２００] ／／计数器２地址
＃ｄｅｆｉｎｅ ａ８２５３ｄ ｘｂｙｔｅ[０ｘｂ３００] ／／控制字口地址
＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｃｈａｒ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ
＃ｄｅｆｉｎｅ ｕｉｎｔ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ
ｕｉｎｔ ｔｉｍｅ１; ／／电机１运行时间
ｕｃｈａｒ ｓｐｅｅｄ１;／／电机１运转速度
ｓｂｉｔ ｅｎ１＝ｐ１＾０; ／／电机１使能控制
ｓｂｉｔ ｄｉｒ１＝ｐ１＾１; ／／／电机１方向控制
ｕｉｎｔ ｓｕｍ１;
ｕｃｈａｒ ｃｏｄｅ ｓｄｔａｂ[１６]＝{０ｘ３０,０ｘ３５,０ｘ４０,０ｘ４５,０ｘ５０,０ｘ５５,０ｘ６０,０ｘ６５,０ｘ７０,
０ｘ７５,０ｘ８０,０ｘ８５,０ｘ９０,０ｘ９５,０ｘａ０,０ｘａ５};
／／１６个计数初值，对应１６种转速，初值大小应根据电机的转速要求和８２ｃ５３计数器ｃｌｋ端输入的时钟频率决定
ｍａｉｎ()
{
ａ８２５３ｄ＝０ｘ１６; ／／计数器０方式３，只读写高位字节
ａ８２５３ｄ＝０ｘ５６; ／／计数器１方式３，只读写高位字节
ａ８２５３ｄ＝０ｘ９６; ／／计数器２方式３，只读写高位字节
ｄｉｒ１＝１; ／／运转方向
ｔｉｍｅ１＝２００; ／／运转２００秒
ｓｐｅｅｄ１＝３; ／／速度等级３
／／以上是电机１的运行参数，实际应用中?一般先用上位机通过串口将数据送入８９ｃ５１单片机存储器，然后由单片机按照上位机送入的数据来控制步进电机的运行速度、方向和时间。
ｓｕｍ１＝ｔｉｍｅ１＊２０;
／／ｓｕｍ１为８９ｃ５１定时器ｔ０中断次数，因为定时间隔为０．０５秒
ａ８２５３ａ＝ｓｄｔａｂ[ｓｐｅｅｄ１];
／／向８２ｃ５３计数器０送初值，ｏｕｔ０脚输出方波
ｅｎ１＝１;／／电机１开始运转
ｔｍｏｄ＝０ｘ０１;
ｔｌ０＝－４６０８０％２５６;
ｔｈ０＝－４６０８０／２５６;
ｅｔ０＝１;
ｅａ＝１;
ｔｒ０＝１;
／／８９ｃ５１的计数器０用于定时器，定时间隔０．０５秒，方式１，中断方式，晶振１１．０５９２ｍ
ｗｈｉｌｅ(１0);?
}
ｖｏｉｄ ｔ０＿ｓｒｖ(ｖｏｉｄ) ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ １ ｕｓｉｎｇ １
{／／中断服务程序，执行完后，电机停止运行
ｔｌ０＝－４６０８０％２５６;
ｔｈ０＝－４６０８０／２５６;
ｓｕｍ１－－;
ｉｆ(ｓｕｍ１＝＝０)
{
ｅｎ１＝０?／／ 电机停止运行
}
}
结论
采用ｔａ８４３５ｈ构成步进电机驱动器，利用８２ｃ５３输出步进脉冲的设计方案具有占用ｃｐｕ时间短、编程容易、结构简单、成本低、可靠性好、抗干扰能力强等优点，因此可在控制和测量领域中得到广泛应用。
一款针对柔性材料生产应用的高速3D打印设备FLEX 510
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