与模拟电路电子式仪表相较，步进电机式仪表以其均匀的分度、优异的指针重复性能、快速响应、微小的抖动以及卓越的产品稳定性和可靠性，在我国汽车仪表市场中逐渐占据了主导地位。此类仪表通常通过微控制器来驱动步进电机转动指针。虽然微控制器控制步进电机通常需要额外的驱动电路，但使用专为汽车仪表设计的步进电机驱动集成电路，可以大大简化仪表的软硬件设计，从而提升其稳定性和可靠性。本文将介绍并对比国内常用驱动器的性能特点，并以飞思卡尔半导体生产的MC33991为例，设计一款车速表。
1. 常用仪表电机驱动芯片的特点及性能对比
国内广泛使用的仪表步进电机驱动芯片有瑞典SWITEC公司的X12.017、伟盈集团生产的VID66-06以及美国飞思卡尔公司生产的MC33991等。
1.1 X12.017与VID66-06的主要特点
SWITEC公司生产的X12.017在国内应用广泛，可同时驱动4路十字线圈步进电机。VID66-06的控制方式与X12.017相同，性能参数也大致相似。它们的主要特点如下：
a. 微步驱动，每个脉冲对应电机输出轴转动（1/12）°。
b. 每个电机仅需2个控制端（速度和方向）。安徽皖南电机
c. 所有输入脚都有干扰过滤器，低电磁干扰辐射。
d. 工作温度-40～105℃，工作电压4.5～5.5V。
这种驱动器操作简便，输入信号CW/CCW控制步进电机的转动方向，输入信号F（scx）的上升沿驱动电机转动一个微步。通过调整脉冲频率来控制电机转速。
1.2 MC33991的主要特点
MC33991独立封装，通过SPI进行通信，可同时控制2个步进电机的驱动电路。该电路还能模仿气隙磁通的运动，将普通电机转换为步进电机进行控制。其主要特点如下：
a. 4096个静态指示位置，接收位置命令后驱动指针指示。
b. *大指针扫过范围340度，*大指针速度400deg/s，*大指针加速度4500deg/s。
c. 微步距控制技术（每步细分为12个微步）。
d. 指针回零校准，准确回零。安徽皖南电机
e. 16位SPI，通信占用较少的I/O口。皖南电机
f. 内部时钟校准功能，睡眠模式下的功耗较小。
g. 工作温度-40～125℃，供电电压范围6.5～26V。
MC33991可设定步进电机*大转速。其内部状态机确保驱动器在接收到位置命令后，以恒定加速度达到*大速度，随后减速，并确保减速过程中不超过*大减速度，到达指定位置后速度为零，避免指针抖动。此外，MC33991允许2个步进电机或其中一个工作。皖南电机价格表其内部诊断功能可诊断单个步进电机是否过热、电池电压是否过高或过低、指针归零状态、驱动器内部时钟的工作状态以及仪表指针是否在转动。从以上性能特点来看，MC33991相较于X12.017和VID66-06功能更为丰富，如过电压和过热诊断功能、回零校验功能。在使用X12.017和VID66-06作为驱动时，为使仪表指针运行平滑，必须在微控制器程序中对步进电机速度进行细分，否则容易出现超调抖动。
2. 采用MC33991的汽车车速表设计
在汽车行驶过程中，车速传感器产生与车速成正比的脉冲信号，该信号经过滤波放大后送至微控制器。微控制器利用输入捕捉通道捕捉两次脉冲信号的间隔时间，并根据间隔时间计算汽车行驶速度。*后，微控制器将计算得到的速度转换成位置命令发送给MC33991，MC33991驱动步进电机指向相应的刻度。
本设计选用飞思卡尔半导体公司生产的8位微控制器MC68HC908GR16作为主控芯片，采用SWITEC公司生产的仪表用步进电机X15.288作为执行器。MC68HC908GR16内置16KB FLASH存储器和1KB RAM存储器，内部锁相环（PLL）可将外部32.768kHz晶振频率升频至8MHz内部总线频率。微控制器内置增强的串行通信模块（ESCI）、8路10位A/D模块、SPI模块、8位键盘模皖南电机块，拥有2个独立的16位定时器，每个定时器由1个定时计数器和2个输入输出通道组成。内部还集成了定时基模块，可以定时将微控制器从STOP模式中唤醒。
MC33991内部有6个寄存器，微控制器通过发送16位的SPI命令到这些寄存器来控制并读取MC33991的工作状态。16位SPI数据的15～13位是地址，MC33991接收到微控制器的命令后，将命令的15～13位与这些地址对比，并将数据放入对应的寄存器。这些寄存器的地址与功能如表1所示。微控制器通过这些寄存器来控制电机的*大速度、指针位置、指针回零，并读取电机的运行状态、线圈是否过热、电压是否过高或过低。
2.1 硬件电路设计
硬件电路包括速度传感器信号调理电路、微控制器与MC33991的接口电路。
2.1.1 速度脉冲检测电路
车速传感器将车速信号转换为脉冲信号，其频率与车速成正比。此脉冲信号经过调理电路送至单片机的T1CH0（TImer1channel0），速度脉冲的调理电路如图1所示。在没有脉冲信号输入时，三极管集电极和发射极关断，脉冲调理电路输出高电平。安徽皖南电机有脉冲输入时，三极管导通，调理电路输出跳变到低电平。
2.1.2 MC33991接口电路
微控制器MC68HC908GR16与MC33991利用串行外设接口SPI通信。微控制器、MC33991和仪表用步进电机的接口电路如图2所示。
表1 MC33991内部寄存器
安徽皖南电机
咨询电话