[发明专利]一种基于H桥驱动器的电机控制器

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路技术领域，涉及一种由集成电路构成的基于H桥驱动器的电机控制器。

背景技术

H桥驱动电路广泛应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动。永磁步进电机或混合式步进电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电，这样的绕组电源需用H桥驱动。而H桥驱动器需要有数字信号进行控制，主要通过脉宽调制信号控制电机转速，在控制的过程中必须提供H桥所需的正负脉冲数字信号与死区控制。

当前普遍采用单片机或单片机加数字芯片进行数据输出控制，单片机在控制的过程中，直接操作I/O口输出数据，并需要进行大量的运算和适时控制，消耗大量的计算时间和硬件资源，而且很难保证死区时间以及均匀调节电机速度的功能；而普通的数字芯片在实现脉宽调制信号输出时，需要占用大量的地址线，而且数据接口并不灵活，不能灵活、智能与外设控制器的数据宽度相适应，而且在每个控制周期都必须进行反复的读写操作，消耗控制和计算时间。公开号为CN101154912的专利“H桥控制系统及其控制方法”采用H桥驱动器及保护电路、检测单元、H桥驱动电路、遥控器通信模组与MCU组成，整个控制系统结构相当复杂，且由分立器件组成，成本较高，且需要相关的软件开发；公开号为CN201134785的专利“PWM电机控制器”中的电机控制电路由DSP、多路收发器和高速异步通信电路组成，针对不同的周期和不同的占空比的控制信号需要进行较多的计算；公开号为CN200953541的专利“H桥控制系统”由主控制器MCU和相关的监测电路组成，在控制输出时需要大量的软件编制工作，且相关监测电路较为复杂。当前还没有专门针对H桥驱动器的集成电路解决方案。因此本发明提出一种H桥驱动器的可编程电机控制电路解决上述硬件复杂、数据处理不灵活以及控制信号计算复杂等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有的H桥驱动电路硬件复杂、数据处理不灵活以及控制信号计算复杂等问题，提供一种由集成电路构成的基于H桥驱动器的电机控制器。

为了实现上述目的，本发明采用的电路由边沿检测单元、片选译码单元、控制逻辑单元、智能数据接口内外数据转换单元、读写逻辑单元以及3个可编程电机控制电路通道组成。

可编程的信号边沿检测单元电路由可编程数据接口电路和信号检测电路组成，通过对写入的数据进行分析得到需要检测的信号类型，当检测到符合编程要求的信号后给出检测标志，通过检测标志可以提供给对应通道的电机控制电路，就可以实现对PWM信号输出的开关控制；

片选译码单元负责对地址线进行译码，以产生合适的寄存器选择信号供各模块在处理数据读取时使用；

智能数据接口内外数据转换单元通过外设的一个数据端口选择引脚采样设置值，通过内部的读写逻辑对外部数据进行搬运，实行内部数据(16位)与外部数据(8位或16位传输)的无缝连接；

控制逻辑单元实现对外围引脚的采样并提供对各个模块的不同操作，比如读写等控制；

读写逻辑单元实现内部数据的读写操作，通过从控制信号线得到控制信号完成对数据的读或写操作，以供其它模块使用。

进一步来说，用于H桥驱动器的电机控制通道电路(总共3路)每一路结构完全相同，都由数据处理与数据接口电路、脉宽周期信号发生器、可编程分频电路、脉冲宽度调制状态机电路组成，具有可编程时钟分频与正负脉冲输出脉宽，周期长度和死区时间可编程等特点。通过对写入接口电路的数据进行分析和计算，得到电机控制脉宽的周期、死区、正负脉冲的长度等信息，并结合可编程分频电路给出的分频因子产生脉冲宽度调制电路所需的输入信息，脉冲宽度调制状态机电路根据信息输出预定要求的数字信号给H桥驱动器。如没有数据设定，状态机电路则通过读取预存数据，并输出默认的控制信号以在没有外设控制器时使用；而且通过选择输出复制功能，还可以简化通道2和通道3的操作。

数据处理及数据接口电路通过组合通道片选，内部寄存器片选信号及模块读写使能信号产生各寄存器的读写使能信号，它的输入信号通过读写模块得到，该电路计算处理的数据输出到电机控制电路状态机模块；

周期信号发生器生成脉宽调制的周期控制信号，周期信号发生器通过内部传过来的周期寄存器值，产生脉宽调制的周期控制信号，并输出到电机控制电路状态机模块、可编程分频器和数据处理及数据接口电路；

可编程分频电路，通过写入分频数据，在时钟的驱动下计数到符合要求的数据时，输出时钟使能信号，作为脉冲宽度调制电路所需的输入信息，这样既实现了时钟分频的目的，又能使整个脉宽调制器统一用一个时钟，解决时钟偏移和驱动不足的问题。