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    TMC428是小尺寸、高性價比的二相步進電機控制芯片。它帶有二個獨立的SPI口，可分別與微處理器和帶有SPI接口的步進電機驅動器相連以構成完整的系統。其控制指令可由微處理器通過SPI接口給定。TMC428提供了所有與數字運動控制有關的功能，包括位置控制、速度控制及微步控制等步進電機常用的控制功能。這些功能如果讓微處理器來完成，則需占用大量的系統資源，所以它的使用可將微處理器解放出來，以把資源用在接口的擴展和對步進電機的更高層次的控制上。此外，TMC236也是TRINAMIC公司開發的帶有串行接口的步進電機驅動器。3個TMC236連結構成的菊花鏈（Daisychain）結構便是一種基于串行通訊的網絡結構，可以使多個具有串行通信接口的設備以接力的方式傳遞數據。TMC428可以通過SPI接口與它們相連接，以同時控制3個二相步進電機。

    TMC428的主要特點如下：

    ·根據不同的應用提供有SSOP16、SOP24、DIL20三種封裝可選形式。

    ·可以同時對3個二相步進電機進行控制，所有電機可獨立工作。

    ·根據微處理器給定的電機運動參數（位置，速度、加速度），依照梯形或三角形的速度由線產生驅動脈沖波形和順序，來對電機進行位置和速度控制。它有4種工作模式。其中位置控制有RAMP模式和SOFT模式，速度控制有VELOCITY模式和HOLD模式。

    ·可微步控制。采用6位分辨率的微步細分。包括滿步、半步直至64細分。每個電機可分別選擇其需要的微步分辨率。滿步頻率最高達20kHz。

    ·通過可編程電流比例捉控制，可以使電機在不同的工作狀態下采用大小不同的工作電流。控制電機工作可在8個檔次上，分別是最大電流的12.5%、25%、37.5%、50%、62.5%、75%、87.5%、100%。

    ·可以對多種參數進行設置，包括最大加速度、最大速度、加速運行和位置保持時電機線圈的電流大小、微步細分分辨率、波形發生器和脈沖發生器的參數等20個多個參數。

    ·可在線改變運動參數（位置、速度、加速度）。

    ·帶有4線串行SPI接口，串行通信使用32bit數據長度的簡單協議。使用簡單。

    ·可通過另一個SPI口與電機驅動器連接，其數據傳輸率高達1Mbit/s。

    ·低功耗（1.25mA,4MHz），時鐘輸入范圍寬且時鐘頻率最高可達16MHz。

    ·3.3V或5V的CMOS/TTL兼容電平供電。

    2、引腳功能

圖1 TMC428的引腳排列

    圖1所示為TMC428采用SSOP16封裝時的引腳排列，各個引腳的功能如下：

1，2，3腳（REF1，2，3）：參考開關輸入1，2，3，可以外接限位開關，以引發TMC428內部中斷功能。本文沒有使用該功能。 
4腳（TEST）：測試腳。使用時接地，接地應盡可能在引腳附近。 
5腳（CLK）：時鐘輸入。 
6腳（nSCS_C）:SPI控制接口的片選信號輸入，低電平有效。 
7腳（SCK_C）:SPI控制接口的時鐘輸入。 
8腳（SDI_C）:SPI控制接口的數據輸入。 
9腳（SDO_C）:SPI控制接口的數據輸出，高阻。 
10腳（SDO_S）:驅動SPI接口的數據輸出。 
11腳（SCK_S）：驅動SPI接口的時鐘輸出。 
12腳（nSCS_S）：驅動SPI接口的片選信號輸出。 
13腳（V5）：+5V電源。 
14腳（V33）：+3.3V電源，應外接470nF電容器。 
15腳（GND）：地。 
16腳（SDI_S）：驅動SPI接口數據輸入，應接上拉或下拉電阻器。
3、內部結構和工作原理

    TMC428的內部結構如圖2所示。TMC428是由各個單元的寄存器和片內RAM構成的。其內部包括二個外部串行接口、波形發生器和脈沖發生器、微步單元、多口RAM控制器和中斷控制器。

圖2 TMC428的內部結構

    TMC428一般從微處理器獲得控制指令，微處理器則通過發送和接收固定長度的數據包對TMC428寄存器和RAM進行讀寫操作。TMC428的寄存器和片內RAM的功能有所不同。寄存器用于存儲電機總體配置參數和運動參數，而片內RAM用于存儲 驅動串行接口的配置和微步表。電機總體參數是指對驅動器菊花鏈中TMC236的配置。運動參數包括各電機的當前位置、目標位置、最大速度、最大加速度、電流比例、波形發生器和脈沖發生器參數以及微步細分分辨率等。片內RAM包括64個地址的數據空間，每個地址可存儲24位寬的數據，前32位地址數據是對驅動器菊花鏈串行通信數據包的配置，后32位地址的數據為微步細分表。

    初始化以后，TMC428即可自動發送數據包到菊花鏈的每個TMC236，也就是說，驅動串行接口經過初始化后便可以自動工作，而不需要微處理器的參與。只要把位置、速度寫進指定的寄存器就可以控制電機。TMC428的多口RAM控制器可管理數據的存取時序。這樣，微處理器就可以在任何時間讀寫寄存器和片內RAM的數據。

    通過波形發生器可以處理存儲在寄存器里的運動參數并計算電機運動速度曲線。脈沖發生器則根據波形發生器計算得到的速度來產生步進脈沖。步進脈沖產生時TMC428的驅動串行接口將自動發送數據包給步進電機驅動器菊花鏈以驅動步進電機。當采用微步控制時，微步單元即開始處理根據脈沖發生器產生的步進脈沖，同時根據選擇的微步分辨率來產生全步、半步和微步脈沖，并通過驅動串口送給驅動器菊花鏈。

    驅動串行接口是TMC428與驅動器菊花鏈之間的通信接口。從TMC428到驅動器之間的串行數據包的長度是可配置的，以適應由不同類型和廠家的電路構成的SPI環形結構，最大數據長度為64bit。初始化后，TMC428與步進電機驅動器之間的通信是自動完成的。不同類型的帶有SPI接口的驅動器都可以混合構成菊花鏈結構與TMC428進行連接。

    4、應用

    4.1 兼容性

    TMC428與大多數廠商生產的步進電機驅動電路兼容。它可以直接連接帶有SPI口的步進電機驅動器，也可以通過附加的器件連接常用的并口驅動器。甚至帶有步進、方向輸入的步進電機驅動器也可以由TMC428來控制。將步進電機驅動電路TMC236非常簡單地連接成串行菊花鏈結構，用TMC428構成3軸步進電機控制系統進行控制可更好地發揮TMC428的特點。

　　4.2 狀態檢測

    實時監測電機運行狀態對整個系統的安全和控制是很重要的，TMC428就提供有狀態檢測功能。每次每處理器發送數據包給TMC428的同時，TMC428會返回數據給微處理器。大部分帶有串行口的電機驅動電路都提供有不同的狀態位（工作，不工作等）和錯誤標志（短路，開路，溫度過高等）。這樣，TMC428就可以在任何時候提供當前電機的運動參數和工作模式以及各狀態位。從電機驅動菊花鏈返回給TMC428的數據包有48bit長。TMC428將其放在二個24bit的寄存器中。這樣，微處理器就可以直接讀取這些寄存器里的信息。

    5、系統構成的應用

    筆者采用DSP作為系統的微處理器，結合TMC428和TMC236構成步進電機驅動控制系統。TMC236內部集成了HVCMOSFET構成的雙全橋驅動電路，它采用恒流斬波驅動方式來驅動雙極性二相步進電機，并具有功耗低、效率高的特點。圖3所示就是3個TMC236構成3軸電機驅動器并由TMC428進行控制的原理電路圖。

圖3 基于TMC428的3軸步進定級驅動控制系統電路

    由圖3可見，采用專用步進電機運動控制器和驅動電路組成的系統具有外圍電路簡單、系統抗干擾能力強和可靠性高等優點，可減少控制電路的開發成本。整個系統除了電源之外只有5個IC，因此，體積小，控制簡單，特別適用于3軸步時電機的驅動。實驗證明該驅動器控制的步時電機定位精度高，加、減速性能良好，同時，啟停、反轉性能也很優良。