ドライバＩＣでステッピングモーター制御

ステッピングモーター用ドライバICの使い方


DCモータ用のドライバICを使ったので、続いてステッピングモーター用のドライバICの使用方法
パルスの入力や正逆転、励磁駆動の種類や切り替えにいての説明とマイコンからの使用方法


ステッピングモーターにドライバICを使う

ＤＣモータードライバＩＣがあるようにステッピングモーターにも便利なドライバＩＣがあります。

 

ＴＡ8415ＰというステッピングモータドライバＩＣを使ってステッピングモーターを制御してみます。
これを使うとＤＣモータードライバＩＣのように、より簡単にＳＰモーターの制御ができます。

 

使用するステッピングモーターのドライバＩＣは　ＴＡ8415Ｐ。

３相、４相ステッピングモーターの両方に使用できて、設定により１相、２相、１－２相駆動の制御ができます。
しかし、このドライバＩＣ、、駆動電流が４００mAと少し低く、ちょっと大きなＳＰモーターには別に駆動用のモータードライブ回路が必要になったりします。全部一体になったSPモーターのドバイバＩＣもあるので、そういうのも便利です。

 

ＳＰモーターは各相に次々電圧を加えて回しましたが、このドライバＩＣを使うと　パルスと回転方向の入力だけでよく、複雑なところが省けますが、パルスは作って送り込む必要があります。

 

送り込んだパルスをＳＰモーター用にＩＣがパルスを振り分けてくれるのですが、１，２相駆動もスイッチでだけ切り替えることが出来るので、面倒な部分はこ のＩＣが担当し、コントロールは送り込むパルスと、回転方向の１，０のビットでして、それだけですむのでやはりお手軽にＳＰモーターが使えます。

 

その送り込むパルスの幅や数、速さで　ＳＰモーターのスピードや角度を制御します。
時計回り（CW）、反時計回り（CCW）の信号は１，０だけです。

 

　

 

ステッピングモータを動かす（タイマーＷ）　でやったように、Ｈ８でＳＰモーターの回転制御をする場合は４本の入力線への入力を、ドライブ回路を通し、４本の入力をコントロールすることが必要でした。

 

ドライバICでは制御する速度、角度などは送り込むパルスを調節することで行うので、
やっぱりパルスは作らないといけないのですが、パルスに１ピン、回転方向（ＣＷ／ＣＣＷ）に１ピンと、２ピンだけでＳＰモーターの制御が出来るのでピンをＳＰモーターの駆動に取られないところも利点です。

 

また、設定ビットにより１相、２相駆動にも自在に切り替えができるので面倒なことはパルスのコントロールだけです。
タイマーＷを使ってパルスを発生させて、回転、回転速度、回転角のコントロールをします。

 

回路図

モータードライブ回路にＳＰモータードライバＩＣをつなげた回路です。

Ｈ８からは　クロック入力、回転方向　をドライバＩＣへ送るだけです。
クロックはＦＴＩＯＢ　(P82)　から出力します。　ドライバｉｃの　　　クロック入力－ＦＴＩＯＢ　(P82)


回転方向の入力はＨ８から操作しないので、直接、抵抗でプルダウンしておきます。

 

ドライバＩＣ　ＴＡ8415P

 

ＴＡ8415P真理値表

ピン２，３，４の　Ｅａ、Ｅｂ、3/4　の設定です。（データシートから）

１，２相駆動、３相ＳＰモーター用の切り替え設定。
４相ＳＰモーターで通常使用するのは　１励磁駆動、２励磁駆動ですが、
１－２励磁駆動なども、すべてこの切り替えスイッチの設定だけで出来ます。
＊　３相、４相を切り替えるときは一度リセットする必要があります。

 

 

ＴＡ8415Pパルスチャート

入力クロックと出力パルス（データシートから）

 

１相、２相駆動での　入力したパルスと　出力パルス　の時計回り（ＣＷ）のときのチャートです。

 

クロックのＯＮ部分だけでなく、ＯＦＦ部分も含めた周期で 各相を励磁する

 

このチャートを見る限り、送り込むパルスのデューティ比は関係ないことになります。

チャートはＯＮが下になっているので注意しましょう。

 

 

 

プログラム

 

H8_15DrvIC_SPmtr


//パルス出力ピン　　ＦＴＩＯＢ　(P82)

#include<3664.h>

int SPcnt=0;


void main(void)
{

  DI;
  TW.TMRW.BYTE=0x01;      // FTIOB端子をPWM出力に設定 
  TW.TCRW.BYTE=0xB2;      // ﾏｯﾁＡでカウンタクリア、内部クロックの1/8( 2MHz )　FTIOBの初期値は1

  TW.TCNT=0x0000;         // TCNの初期化 
//  TW.GRA=20000;            // 10mS (100Hz)
//  TW.GRB=10000;            // 5mS 

    TW.GRA=10000;            // 5mS (200Hz)
    TW.GRB=5000;            // 2.5mS 
    
  TW.TMRW.BIT.CTS=1;      // TCNTカウンタスタート 
  EI;
  
  
  
  while(1){

    if(TW.TSRW.BIT.IMFB){
    
        SPcnt++;
        if(SPcnt>48){TW.TIERW.BIT.IMIEB=1;}  //パルス発生ストップ－－割り込み要求イネーブル 
                                            //　                   -　または　TW.TMRW.BIT.CTS=0
        TW.TSRW.BIT.IMFB=0;
    }
  }
  
}

 

ラジコンサーボで使ったタイマーＷのパルス発生設定です。

 

TW.GRA=20000;　でパルス周期を調整します。（このドライバICはデータシートから、送り込むパルスのデューティ比は関係ないようです、50％にしてあります）
これにより回転速度が調節できます。

 

while(1){　内　を空にしてしまうと設定したパルスが延々と出続けます。

 

while(1){
　　　　　 if(TW.TSRW.BIT.IMFB){
　　　　　　　　　　　SPcnt++;
　　　　　　　　　　 if(SPcnt>48){TW.TIERW.BIT.IMIEB=1;} //パルス発生ストップ－－割り込み要求イネーブル
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//　 -　または　TW.TMRW.BIT.CTS=1 　　
　　　　　　　　　　　TW.TSRW.BIT.IMFB=0;
　　　　　　}
}

 

コンペアマッチＢのたびにIMFB　が１になるのでこれを利用しパルスをカウントします。１になるとifに入り込んで処理をします。

while(1){　内で　コンペアマッチＢのたびに　SPcnt++　でパルスの数を　カウントして、

一回転４８ステップのＳＰモーターなので、このように　if(SPcnt>48)　で１回転するとパルス発生を停止してＳＰモーターを止めます。

このようにパルスの数をカウントし、パルスを止めることでＳＰモーターの角度制御ができます。

 

実行結果

TW.GRA=20000;　の数値を変えることで、回転速度を自在に変えられます。
スムーズに回転しますね。

while(1)内を空にして、while(1){　}　とすると　無限回転になります。

また回転中でも　ピン２，３，４の　Ｅａ、Ｅｂ、3/4　の設定を変えることで１相、２相駆動が自在に変えられＳＰモーターの回転の変化がよくわかります。

 

台形加速も
if(SPcnt>48){　｝　内で　TW.GRA=20000;　の数値で回転速度を変えればいいので簡単に加速、減速制御もできます。

 

加減速制御

台形の加速、減速での制御もやってみます。
最初はゆっくり加速、速度が乗ると定常回転、減速に入り停止、この一連の加減速にした方が動きはスムーズになります。

 

一般にいう台形の加減速制御ですが、
最初の200ステップをゆっくり加速し、　そこから200ステップ等速、　最後の２００ステップは減速　という台形加速も試してみます。

 

台形加速グラフ

 

速度になるＧＲＡをカウント毎に　加速→減算、　減速→加算　していきます。

 

H8_15DrvIC_SPmtr2


/*  PWM信号でサーボを動かす 
//パルス出力ピン　　ＦＴＩＯＢ　(P82)
　　　加速、減速制御

*/
#include<3664.h>
#include"myfunc.h"

int SPcnt=0;

void main(void)
{
  DI;
  TW.TMRW.BYTE=0x01;      // FTIOB端子をPWM出力に設定 
  TW.TCRW.BYTE=0xB2;      // ﾏｯﾁＡでカウンタクリア、内部クロックの1/8( 2MHz )　FTIOBの初期値は1

  TW.TCNT=0x0000;         // TCNの初期化 
  TW.GRA=20000;            // 10mS (100Hz)
  TW.GRB=TW.GRA/2;            // 5mS 

//    TW.GRA=10000;            // 5mS (200Hz)
//    TW.GRB=5000;            // 2.5mS 

   LCD_init( 16 ); 
      
  TW.TMRW.BIT.CTS=1;      // TCNTカウンタスタート 



  EI;
  
  //段階的に速くしてみる
  
  while(1){

    while(TW.TSRW.BIT.IMFB){

          LCD_locate(1,2);         //デバッグ表示
          LCD_dataout(SPcnt); 
 
        SPcnt++;
        if(SPcnt<200){  TW.GRA-=40;  TW.GRB=TW.GRA/2;
        
             LCD_locate(2,2);   //デバッグ表示　加速
            LCD_char('A'); 
        }
        else if(SPcnt>400){
            TW.GRA+=40;  TW.GRB=TW.GRA/2;  // 10mS (100Hz)
            
            LCD_locate(2,2);    //デバッグ表示　減速
            LCD_char('D');
            if (SPcnt>600){TW.TMRW.BIT.CTS=0;}          //パルス発生ストップ－－割り込み要求イネーブル 
        }                                              //　                  -または　TW.TIERW.BIT.IMIEB=1
       else{TW.GRA=10000;
            TW.GRB=TW.GRA/2;
            
            LCD_locate(2,2);    //デバッグ表示　等速
            LCD_char('S');
      }
        
        TW.TSRW.BIT.IMFB=0;                          //戻して再開
    }
  }
  
}

 

ＧＲＡの初期値を２０００にしておきます。

 

設定解説

 

  • スタートの加速部分　（デバッグ表示で　ＬＣＤに　Ａ　表示）
    ・if(SPcnt<200)　でパルスを１つカウントするたび　２００まで毎回４０ずつ減算し速度を上げます。
  • 最後の減速部分　（ＬＣＤに　Ｄ　表示）　
    ・else if(SPcnt>400)　でパルスを１つカウントするたび　６００まで毎回４０ずつ加算し速度を落とします。６００で
    TW.TMRW.BIT.CTS=0;　でタイマーＷを止めパルス発生を止めます。
  • それ以外（等速部分）　（ＬＣＤに　Ｓ　表示）　
    ・else{　TW.GRA=10000;　とし、回転速度を一定に。ゆっくりとスタートし、低速回転、最後に減速しながら止まります。それぞれの期間を十分長くしてあるので、その様子が回転観察できます。

 

１相駆動で試してみましたが、ウィーンと加速しながら、スムーズに定常回転し、ゆっくり止まる、見ているだけでスムーズです

 

 

 

 

 

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