MC33991 型二相步进电机驱动器 摘要：MC33991 是 Motorola 生产的两相步进电机驱动器，可以准确地控制步进电机的运动并及时反 馈步时电机的工作状态。该电路有良好的抗干扰能力，可以灵活地控制驱动步时电机，是汽车电子设特 别是汽车仪表中的理想驱动器。 关键词：步时电动机 驱动器 SPI MC33991 汽车仪表 1 MC33991 的主要特点 MC33991 是单独封装、通过 SPI（同步串行外设接口）进行通信、可同时控制二个步进电机的驱动电 路。该电路由 4 个可驱动线圈的功率 H 桥和辅助逻辑控制器组成。每组 H 桥的驱动可用来控制步时电机的 速度、旋转方向及每相线 有良好的抗干扰能力，可以十分灵活地驱动步进电机， 因此是汽车电子设特别是汽车仪表的理想驱动器。只要做一些外围设的改进，该电路也可以仿照气隙 磁通的运行，把普通电机转化为步进电机来控制。MC33991 的特性如下： ·小的上层处理器（不需其他外设即可直接驱动电机）； ·仿效普通电机的运动进行控制，使电机有完美的动态和静态性能； ·有 4096 个静态指示位置； ·指针扫过范围为 340°； ·指针速度为 deg/s; ·指针加速度为 4500deg/s2; ·应用微步距控制技术（每步细分为 12 个微步）； ·指针回零校准； ·有 16 位 SPI； ·内部时钟校准； ·睡眠模式下的耗电量较小。 2 结构原理与引脚功能 2．1 内部结构 MC33991 的内部结构框图如图 1 所示，它由 PI、逻辑电路、电压/温度检测及功率 H 桥等模块组成。 MC33991 主控电路先将驱动命令通过 SPI 以串行数据的方式输出，再通过逻辑电路将命令转化成驱动信号 以驱动功率 H 桥，H 桥输出电流直接驱动步进电机，同时 MC33991 中的电压/温度等检测模块可以随时检测 电机的动转状态，并将检测结果通过 SPI 以串行输出方式将数据反馈给主控电路。 2．2 引脚功能 COS+、COS-、SIN+与 SIN-：H 桥输出端。它们分别是 H 功率桥中各个半桥的输出端。H 功率桥可以直 接线性控制步进电机的二组线 象限中运动。 GND：接地端，包括与晶闸管相连的输出地及逻辑地，同时具散热作用。 CS：片选输入端，两相步进电机与片选信号相连。 SCLK：串行时钟，该引脚与主控电路的时钟相连，决定串行外围接口的时钟频率的大小。信号的占空 比为 50%，由 CMOS 电平驱动。 SO：串行输出端，该引脚与主控电路外围串行接口的输入端或者与其他驱动电路的串行输入端相连。 输出为 CMOS 电平，输出的数据为状态反馈信息或报错信息。 SI：串行输入端，该引脚与主控电路外围串行接口的输入端相连，接收主控电路提供的控制信号，SI 端在电路内部有上拉电阻器，要由 CMOS 电平驱动。 RTX：多元输出。指针回零时要用此引脚。 VDD：电源输入端，为逻辑电路及 SPI 供电，电压为 4.5～5.5。 RST：复位端，当主控电路要复位或者要使电路进入睡眠状态时，应将此引脚置 0 使电路回到默认状 态。两相步进电机该引脚在电路内部接有上拉电阻器。 VPWR：电池电压，电源输出端。电压范围为 6.5V～26.0V，工作电流小于 6.0mA。 3 SPI 的引脚及通信协议 SPI 为同步串行外部设接口，可以进行 16 位数据的双向传输，MC33991 中有 4 个引脚：SI、SO、SCLK、两相步进电机 CS 与之相关。其中 SI 与 SO 引脚遵循先入先出（FIFO）协议进行数据输入和输出。所有输入引脚都需要 5.0V 的 CMOS 驱动电平。下面具体加以介绍： 片选端 CS：是主控电路与 MC33991 进行通讯的使能端。当 CS 为 0 时，MC33991 型步进电机驱动器与 主控电路传输数据。MC33991 在 CS 端输入信号的上升沿锁存输入数据，当 CS 为 0 时，输出端 SO 输出信号 有效；当 CS 为 1 时，SI 与 SCLK 引脚的输入信号被忽略，SO 端为高阻状态。只有当 SCLK 为 0 时，CS 端的 信号才可以由 1 转换为 0，CS 端在电路内部接上拉电阻器，专门控制 I/O 端口。 串行时钟输入端 SCLK（同步时钟）：SCLK 端口为 MC33991 内部寄存器转换提供时钟信号。在其下降 沿 SI 的信号被转换到寄存器内部，在其上升沿同时 SO 的信号将寄存器中的数据转换成输出信号，SCLK 引 脚在电路内部接下拉电阻器。 串行输入端 SI：SPI 的输入端，串行输入信号在 SCLK 的下降沿被读取。输入的数据为 16 位，从 位（MSB）开始传输。其他的多重数据信息（16 位以后的数据）将被忽略，传输完 16 位数据后，在传输新 数据之前 CS 必须置 1。当 CS 为高电平时，输入数据被忽略。 串行输出端 SO：寄存器的输出端口，有 3 种状态（0、1、高阻）。数据在 SCLK 信号的上升沿被输出， 当 CS 为高电平时，SO 引脚为高阻状态。 4 MC33991 的寄存器 MC33991 型驱动器可以与微处理器直接相连，并通过 16 位 SPI 进行数据传输，微处理器向驱动器输 入控制数据，驱动器向微处理器输出反馈信息。MC33991 内部的寄存器及其功能如表 1 所列。 表 1 MC33991 内部寄存器 地址（13～15 位） 000 用途 能量、使能以及校准寄存器 名称 PECR 001 运行速度寄存器 VELR 010 步进电机 0 的位置寄存器 POS0R 011 步进电机 1 的位置寄存器 POS1R 100 回零寄存器 RTZR 101 回零配置寄存器 RTZCR 110 未用 111 测试用 MC33991 内部有 6 个寄存器，分别用来控制和记录 4 个 H 桥的输出状态，它们的地址由 SPI 所
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