摘要：MC33991是Motorola公司生產(chǎn)的兩相步進電機驅(qū)動器，可以準確地控制步進電機的運動并及時反饋步時電機的工作狀態(tài)。該電路有良好的抗干擾能力，可以靈活地控制驅(qū)動步時電機，是汽車電子設備特別是汽車儀表中的理想驅(qū)動器。
關鍵詞：步時電動機 驅(qū)動器 SPI MC33991 汽車儀表
1 MC33991的主要特點
MC33991是單獨封裝、通過SPI（同步串行外設接口）進行通信、可同時控制二個步進電機的驅(qū)動電路。該電路由4個可驅(qū)動線圈的功率H橋和輔助邏輯控制器組成。每組H橋的驅(qū)動可用來控制步時電機的速度、旋轉(zhuǎn)方向及每相線圈中電流的大小。MC33991有良好的抗干擾能力，可以十分靈活地驅(qū)動步進電機，因此是汽車電子設備特別是汽車儀表的理想驅(qū)動器。只要做一些外圍設備的改進，該電路也可以仿照氣隙磁通的運行，把普通電機轉(zhuǎn)化為步進電機來控制。MC33991的特性如下：
·最小的上層處理器（不需其他外設即可直接驅(qū)動電機）；
·仿效普通電機的運動進行控制，使電機有完美的動態(tài)和靜態(tài)性能；
·有4096個靜態(tài)指示位置；
·最大指針掃過范圍為340°；
·最大指針速度為400 deg/s;
·最大指針加速度為4500deg/s2;
·應用微步距控制技術（每步細分為12個微步）；
·指針回零校準；
·有16位SPI；
·內(nèi)部時鐘校準；
·睡眠模式下的耗電量較小。
2 結(jié)構(gòu)原理與引腳功能
2．1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
MC33991的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它由PI、邏輯電路、電壓/溫度檢測及功率H橋等模塊組成。MC33991主控電路先將驅(qū)動命令通過SPI以串行數(shù)據(jù)的方式輸出，再通過邏輯電路將命令轉(zhuǎn)化成驅(qū)動信號以驅(qū)動功率H橋，H橋輸出電流直接驅(qū)動步進電機，同時MC33991中的電壓/溫度等檢測模塊可以隨時檢測電機的動轉(zhuǎn)狀態(tài)，并將檢測結(jié)果通過SPI以串行輸出方式將數(shù)據(jù)反饋給主控電路。
2．2 引腳功能
COS+、COS-、SIN+與SIN-：H橋輸出端。它們分別是H功率橋中各個半橋的輸出端。H功率橋可以直接線性控制步進電機的二組線圈，使其在4象限中運動。
GND：接地端，包括與晶閘管相連的輸出地及邏輯地，同時具備散熱作用。
CS：片選輸入端，與片選信號相連。
SCLK：串行時鐘，該引腳與主控電路的時鐘相連，決定串行外圍接口的時鐘頻率的大小。信號的占空比為50%，由CMOS電平驅(qū)動。
SO：串行輸出端，該引腳與主控電路外圍串行接口的輸入端或者與其他驅(qū)動電路的串行輸入端相連。輸出為CMOS電平，輸出的數(shù)據(jù)為狀態(tài)反饋信息或報錯信息。
SI：串行輸入端，該引腳與主控電路外圍串行接口的輸入端相連，接收主控電路提供的控制信號，SI端在電路內(nèi)部有上拉電阻器，要由CMOS電平驅(qū)動。
RTX：多元輸出。指針回零時要用此引腳。
VDD：電源輸入端，為邏輯電路及SPI供電，電壓為4.5～5.5。
RST：復位端，當主控電路要復位或者要使電路進入睡眠狀態(tài)時，應將此引腳置0使電路回到默認狀態(tài)。該引腳在電路內(nèi)部接有上拉電阻器。
VPWR：電池電壓，電源輸出端。電壓范圍為6.5V～26.0V，工作電流小于6.0mA。
圖2
3 SPI的引腳及通信協(xié)議
SPI為同步串行外部設備接口，可以進行16位數(shù)據(jù)的雙向傳輸，MC33991中有4個引腳：SI、SO、SCLK、CS與之相關。其中SI與SO引腳遵循先入先出（FIFO）協(xié)議進行數(shù)據(jù)輸入和輸出。所有輸入引腳都需要5.0V的CMOS驅(qū)動電平。下面具體加以介紹：
片選端CS：是主控電路與MC33991進行通訊的使能端。當CS為0時，MC33991型步進電機驅(qū)動器與主控電路傳輸數(shù)據(jù)。MC33991在CS端輸入信號的上升沿鎖存輸入數(shù)據(jù)，當CS為0時，輸出端SO輸出信號有效；當CS為1時，SI與SCLK引腳的輸入信號被忽略，SO端為高阻狀態(tài)。只有當SCLK為0時，CS端的信號才可以由1轉(zhuǎn)換為0，CS端在電路內(nèi)部接上拉電阻器，專門控制I/O端口。
串行時鐘輸入端SCLK（同步時鐘）：SCLK端口為MC33991內(nèi)部寄存器轉(zhuǎn)換提供時鐘信號。在其下降沿SI的信號被轉(zhuǎn)換到寄存器內(nèi)部，在其上升沿同時SO的信號將寄存器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成輸出信號，SCLK引腳在電路內(nèi)部接下拉電阻器。
串行輸入端SI：SPI的輸入端，串行輸入信號在SCLK的下降沿被讀取。輸入的數(shù)據(jù)為16位，從最高位（MSB）開始傳輸。其他的多重數(shù)據(jù)信息（16位以后的數(shù)據(jù)）將被忽略，傳輸完16位數(shù)據(jù)后，在傳輸新數(shù)據(jù)之前CS必須置1。當CS為高電平時，輸入數(shù)據(jù)被忽略。
串行輸出端SO：寄存器的輸出端口，有3種狀態(tài)（0、1、高阻）。數(shù)據(jù)在SCLK信號的上升沿被輸出，當CS為高電平時，SO引腳為高阻狀態(tài)。
4 MC33991的寄存器
MC33991型驅(qū)動器可以與微處理器直接相連，并通過16位SPI進行數(shù)據(jù)傳輸，微處理器向驅(qū)動器輸入控制數(shù)據(jù)，驅(qū)動器向微處理器輸出反饋信息。MC33991內(nèi)部的寄存器及其功能如表1所列。
表1 MC33991內(nèi)部寄存器
