關(guān)鍵字: 步進(jìn)電機(jī);控制系統(tǒng);驅(qū)動(dòng)器;通信電路
1 引言
步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)，是數(shù)字控制的一種執(zhí)行元件。它是隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展而發(fā)展起來，利用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或者線位移的電動(dòng)機(jī)。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制器就像是它的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，指揮著它的每個(gè)動(dòng)作。本文以步進(jìn)電機(jī)為控制對(duì)象，繼承傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)，研制高性能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及控制系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
圖1 控制器總體結(jié)構(gòu)圖
步進(jìn)電機(jī)控制器是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)重要部分，控制器接收上位機(jī)發(fā)送的指令，并根據(jù)指令向各步進(jìn)電機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，各個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器則將控制信號(hào)轉(zhuǎn)變成直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制。采用PC機(jī)的控制系統(tǒng)，其軟硬件資源豐富，柔性極強(qiáng)。圖1為控制器總體結(jié)構(gòu)圖。
單片機(jī)的種類是很多的，有PIC系列、Motorola系列、Intel系列8051類單片機(jī)等。各個(gè)系列的單片機(jī)各有所長(zhǎng)，在處理速度、穩(wěn)定性、I/O能力、功耗、功能齊全、價(jià)格等方面各有優(yōu)劣。這些種類繁多的單片機(jī)家族，給我們單片機(jī)的選擇提供了很大的余地。Intel公司生產(chǎn)的51系列單片機(jī)具有功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉、體積小、開發(fā)工具易操作等特點(diǎn)，在市場(chǎng)中占有很大的份額，是一種比較通用且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的產(chǎn)品。因而本系統(tǒng)中選用了40管腳的51單片機(jī)ATMEL89C51作為主控芯片。
3 硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)
3.1 通信電路設(shè)計(jì)
通過EPP并行口可以簡(jiǎn)單方便地設(shè)計(jì)出各種接口應(yīng)用電路，其設(shè)計(jì)方法與總線方式更為接近，由于它所用的信號(hào)線十分有限，必須把數(shù)據(jù)的傳送分為兩個(gè)周期。
EPP口的數(shù)據(jù)與地址分時(shí)復(fù)用8位數(shù)據(jù)/地址總線，其資源相對(duì)較少，并且在EPP口中只有WRITE, DATASTB, ADDSTB這三條用于數(shù)據(jù)和地址傳輸?shù)目刂凭�，所以整個(gè)系統(tǒng)的讀寫控制信號(hào)即讀數(shù)據(jù)、讀地址、寫數(shù)據(jù)、寫地址信號(hào)不能直接從EPP口上得到。為了解決這一問題，在設(shè)計(jì)中采用了對(duì)數(shù)據(jù)選通線、地址選通線、寫信號(hào)線進(jìn)行組合譯碼的方法，其接口電路如圖2所示。
圖2 通信接口電路
3.2 驅(qū)動(dòng)與光電隔離電路設(shè)計(jì)
盡管所有的打印機(jī)口均有17根信號(hào)傳輸線，然而這些信號(hào)線的性能確存在著差別，例如輸出電阻、抗干擾能力等都有所不同。IEEE488描述了兩個(gè)級(jí)別的打印機(jī)性能標(biāo)準(zhǔn):一級(jí)和二級(jí)。二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可以提供比原始打印口或一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)大的多的電流。EPP和ECP模式均可以提供二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。電路設(shè)計(jì)中采用8D雙向總線發(fā)送/接收器74LS245作為驅(qū)動(dòng)電路，74LS245在電路中起緩沖、隔離作用，還有一定的保護(hù)和控制作用。當(dāng)E有效時(shí)，74LS245的輸入/輸出方向由DIR控制。因此，若將DIR接固定TTL電平，則74LS245為單向緩沖器。一般都是使用它的雙向傳輸功能。為此，DIR必須可控，使其根據(jù)需要變?yōu)楦唠娖交虻碗娖剑⑴cE相結(jié)合控制數(shù)據(jù)傳輸方向。
光隔離器具有體積小、壽命長(zhǎng)、無觸點(diǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、輸入輸出之間絕緣、單向傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)。利用光隔離器將控制器與外部的驅(qū)動(dòng)電路隔離開來，使得外部電路的變化不至于影響或者損壞控制系統(tǒng)，從而提高系統(tǒng)的可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力。光隔離器最重要的參數(shù)是電流傳輸比CTR，應(yīng)注意通常其值為0.2～0.9。輸入數(shù)字信號(hào)提供一定的電流（5～10mA）時(shí)，光隔離器才會(huì)把放大的數(shù)字電平輸出。
光隔離器聯(lián)結(jié)時(shí)注意信號(hào)正負(fù)邏輯。光隔離器的輸入、輸出端地線必須互相隔開，并且輸入、輸出端兩個(gè)電源必須單獨(dú)供電，否則，如果使用同一電源外部干擾信號(hào)可能通過電源串到系統(tǒng)中來。
3.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)
所謂復(fù)位，就是要讓單片機(jī)以及單片機(jī)系統(tǒng)在正式工作前處于一種特定狀態(tài)，只有以該狀態(tài)為起點(diǎn)，隨后的工作才可控制，系統(tǒng)才能夠可靠性的工作。上電和復(fù)位電路如圖3所示:
圖3 復(fù)位電路
復(fù)位信號(hào)的產(chǎn)生有3種方式:外部復(fù)位電路上電或手動(dòng)復(fù)位、監(jiān)督定時(shí)器溢出復(fù)位、執(zhí)行指令RST。監(jiān)督定時(shí)器溢出產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)和執(zhí)行RST指令產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)屬于89C51內(nèi)部復(fù)位控制邏輯，其前提是單片機(jī)已開始運(yùn)行程序。比較實(shí)用的復(fù)位方式是上電復(fù)位。此種方法是從RESET腳連接一個(gè)合適的電容到地，每lμs時(shí)間需電容約1～2μF。電 |
