采用MCU和DSP實現基于USB的4步進電機控制器設計

USB的眾多便利使設計師能將該總線用于許多應用。例如，圖中顯示的是一個利用現成的便宜器件搭建的基于USB的4步進電機控制器。該電路采用MCU和DSP。它利用簡單邏輯電路和應用軟件控制步進電機的選擇、其順/逆時針的運行方向以及三種步進幅度：全步、半步和微步。

該設計基于一個USB轉FIFO的并行接口模塊（IC1）。這款名為DLP-USB245M的模塊提供8位雙向數據總線和諸如WR、RD、RXF和TXE等控制信號，利用這些信號控制PC和任何采用USB協議的外接電路的數據流。

利用該模塊免去了需應付繁瑣的USB接口的工作。另外，該模塊帶可通過高級語言容易快速地控制模塊功能的驅動器軟件，從而無需太多牽掛USB協議。

該控制器電路的其余部分包括諸如8D觸發器（74LS273）、反向器（7416）和3/8譯碼器以及達林頓陣列驅動器（ULN2003）等通用數字器件。USB轉FIFO模塊采用外接5V供電，5V接至腳3、10和11。

其工作過程如下：當PC不向USB轉FIFO模塊發送數據時，IC1的發送緩存器為空，且RXF保持邏輯1。這使得D觸發器（IC2）的RD和CLK為邏輯0，所以，IC2的輸出保持不變。但，若PC向USB轉FIFO模塊接收緩存器發送一個字節，則RXF被拉低，自動指示最少有1字節數據可用。

經過短暫延時后，它將RD和CLK信號置1，且發送緩存器的數據字節輸出（出現在D0-D7）在IC2的輸出被鎖存。一旦數據傳輸完成且如果發送緩存器為空，RXF返回邏輯1。這意味著沒更多數據可用。此舉，又將RD置為邏輯0，以便能進一步傳輸數據。

鎖存數據低4位（IC2的Q0-Q3）驅動其它4個8D觸發器（74LS273），而Q4和Q5控制3/8譯碼器（IC3）。在反向后，譯碼器的輸出（A‘、B’、C‘、D’）作為IC4-IC7的時鐘。達林頓陣列驅動器（IC8-IC11）放大IC4-IC7的輸出，以便它們可驅動步進電機線圈。這樣，通過向IC1寫入一個正確字節，PC可選擇4個步進電機之一并如愿驅動其電機線圈。

例如，當PC向USB轉FIFO模塊發送數據0x0A時，步進電機1被選且其線圈以L1 L2 L3 L4 = 1 0 1 0的模式得電。為使步進電機1前轉一步，PC發送的下一個字節是0x09；若想使其反轉，PC發送0x06。

表中列出的是控制4個步進電機以全步運行的字節值。通過適當變化，用戶可以半步和微步操控電機。數據字節寫入的速率——也即，連續數據的寫入間隔——控制步進電機的速度。

除電流放大器和USB-FIFO轉換器外，分立器件可用CPLD/FPGA實現?？梢远喾N方式開發電機控制軟件。你可采用C或VB或類似LabVIEW等圖形程序。若采用與IC1一道提供的VCP（虛擬COM端口）驅動器軟件（免費下載），應用程序將視USB步進電機控制器模塊為另一個COM口。但，設置波特率的指令將被忽略且數據將以最快的速度被發送（而不管應用的波特率設置）。你還可采用Windows提供的D2XX直接驅動器，這樣，你就可直接控制各項操作，比如“FIFO_寫”等。

為對電路功能進行基本測試，你既可利用提供的DLPTEST應用軟件或簡單借助諸如Hyperterminal等串口程序來不斷發送所需字節。在此展示的設計采用12和5V外接電源。所以，你必須留意，當關閉PC或USB集線器（若使用）時，USB總線內的電流也被關斷。

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