采用MCU和DSP实现基于USB的4步进电机控制器设计

　　USB的众多便利使设计师能将该总线用于许多应用。例如，图中显示的是一个利用现成的便宜器件搭建的基于USB的4步进电机控制器。该电路采用MCU和DSP。它利用简单逻辑电路和应用软件控制步进电机的选择、其顺/逆时针的运行方向以及三种步进幅度：全步、半步和微步。

　　该设计基于一个USB转FIFO的并行接口模块（IC1）。这款名为DLP-USB245M的模块提供8位双向数据总线和诸如WR、RD、RXF和TXE等控制信号，利用这些信号控制PC和任何采用USB协议的外接电路的数据流。

　　利用该模块免去了需应付繁琐的USB接口的工作。另外，该模块带可通过高级语言容易快速地控制模块功能的驱动器软件，从而无需太多牵挂USB协议。

　　该控制器电路的其余部分包括诸如8D触发器（74LS273）、反向器（7416）和3/8译码器以及达林顿阵列驱动器（ULN2003）等通用数字器件。USB转FIFO模块采用外接5V供电，5V接至脚3、10和11。

　　其工作过程如下：当PC不向USB转FIFO模块发送数据时，IC1的发送缓存器为空，且RXF保持逻辑1。这使得D触发器（IC2）的RD和CLK为逻辑0，所以，IC2的输出保持不变。但，若PC向USB转FIFO模块接收缓存器发送一个字节，则RXF被拉低，自动指示最少有1字节数据可用。

　　经过短暂延时后，它将RD和CLK信号置1，且发送缓存器的数据字节输出（出现在D0-D7）在IC2的输出被锁存。一旦数据传输完成且如果发送缓存器为空，RXF返回逻辑1。这意味着没更多数据可用。此举，又将RD置为逻辑0，以便能进一步传输数据。

　　锁存数据低4位（IC2的Q0-Q3）驱动其它4个8D触发器（74LS273），而Q4和Q5控制3/8译码器（IC3）。在反向后，译码器的输出（A‘、B’、C‘、D’）作为IC4-IC7的时钟。达林顿阵列驱动器（IC8-IC11）放大IC4-IC7的输出，以便它们可驱动步进电机线圈。这样，通过向IC1写入一个正确字节，PC可选择4个步进电机之一并如愿驱动其电机线圈。

　　例如，当PC向USB转FIFO模块发送数据0x0A时，步进电机1被选且其线圈以L1 L2 L3 L4 = 1 0 1 0的模式得电。为使步进电机1前转一步，PC发送的下一个字节是0x09；若想使其反转，PC发送0x06。

　　表中列出的是控制4个步进电机以全步运行的字节值。通过适当变化，用户可以半步和微步操控电机。数据字节写入的速率——也即，连续数据的写入间隔——控制步进电机的速度。

　　除电流放大器和USB-FIFO转换器外，分立器件可用CPLD/FPGA实现。可以多种方式开发电机控制软件。你可采用C或VB或类似LabVIEW等图形程序。若采用与IC1一道提供的VCP（虚拟COM端口）驱动器软件（免费下载），应用程序将视USB步进电机控制器模块为另一个COM口。但，设置波特率的指令将被忽略且数据将以最快的速度被发送（而不管应用的波特率设置）。你还可采用Windows提供的D2XX直接驱动器，这样，你就可直接控制各项操作，比如“FIFO_写”等。

　　为对电路功能进行基本测试，你既可利用提供的DLPTEST应用软件或简单借助诸如Hyperterminal等串口程序来不断发送所需字节。在此展示的设计采用12和5V外接电源。所以，你必须留意，当关闭PC或USB集线器（若使用）时，USB总线内的电流也被关断。