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(个人专利)一种步进电机控制器及控制方法
发明专利
一种步进电机控制器及控制方法
申请人:北京联合大学
发明人:田文杰(身份证
背景技术:
目前在步进电机控制领域,环形分配器是个重要环节,它可以通过单片机软件来实现,也可以通过数字电路来实现,但很少见到采用软硬件结合的方法来实现环形分配器的功能。目前在高校,实验室建设蓬勃发展,实验设备品种繁多,但相互之间没有相关性,相互彼此独立,比如单片机课程的实验设备的主要是提供验证性的实验,让学生学会使用单片机,而环形分配器主要是由触发器、计数器和组合电路组成,这些电路实验是数字电子技术课程开设的实验,这两种实验设备分布在不同的实验室,这就会造成设备利用率低,资源浪费,现有设备不能满足学生的综合设计能力。当前在大学电气专业,前期课程有数字电子技术,同学们做过触发器、计数器,组合电路以及数据选择器等实验,后期有单片机课程,如果能够设计综合实验,使前期课程和后期课程有很好的衔接,这样使学生们既能学好当前知识又能巩固前面的知识,同时还能进一步改善实践教学效果,为此我们首先采用D触发器芯片和数据选择器芯片来设计环形分配器,调试成功后用单片机来模拟D触发器芯片和数据选择器芯片,单片机的引脚与D触发器芯片和数据选择器芯片的引脚是有着对应的关系的,这样采用软硬件结合的方法来实现环形分配器的功能。我们在网上查了大量的资料,目前环形分配器主要是由D触发器及复杂的门电路组成,或者由计数器及复杂的门电路组成,它们最大的缺点是电路复杂,不实用,我们采用D触发器芯片和数据选择器芯片来设计环形分配器,电路结构简单,思路清晰并且容易理解,这是我们的独创,采用软硬件结合的方法来实现环形分配器的功能,单片机同时还完成数据采集和处理的功能,这又是我们的独创。
发明内容:
在单片机课程完成以后,为了提高单片机的编程水平和单片机电路的设计能力,需要有被控对象和单片机的结合,这样才能让同学们综合利用所学专业知识,为此我们首先采用D触发器芯片和数据选择器芯片来设计环形分配器,调试成功后用单片机来模拟D触发器芯片和数据选择器芯片,单片机的引脚与D触发器芯片和数据选择器芯片的引脚是有着对应的关系的,这样采用软硬件结合的方法来实现环形分配器的功能。步进电机控制器及控制系统结构图如图1所示,步进电机控制系统是由三相步进电机、驱动电路、光电隔离电路以及步进电机控制器组成, 步进电机控制器是由环形分配器、速度设定电路、工作方式设定电路、节拍初始化电路、运行开关以及运行指示电路组成,环形分配器是通过单片机电路模拟D触发器和数据选择器来实现的,单片机同时还完成数据采集和处理的功能。
图1 步进电机控制器及控制系统结构图
实施方案:
为了实现上述发明的目的,我们设计了步进电机控制系统电路原理图如图2所示。控制系统是由三相步进电机、驱动电路、光电隔离电路以及步进电机控制器组成,步进电机控制器是由环形分配器、速度设定电路、工作方式设定电路、节拍初始化电路、运行开关以及运行指示电路组成,环形分配器是通过单片机U1模拟D触发器和数据选择器来实现的,单片机U1同时还完成数据采集和处理的功能,单片机U1选用的型号是ATmega16。速度设定电路是由电位器PR1和电阻R1组成,电位器的中心抽头与单片机U1的40脚连接,为步进电机控制器提供速度设定信号,实际上是改变D触发器同步信号的频率值。工作方式设定电路采用拨码开关DIP2,DIP2的两个引脚分别与单片机U1的38脚和39脚连接,工作方式设定电路用于选定三相步进电机的步进拍数和步进方向(参考公式1-3),单片机U1的38脚和39脚对应数据选择器的选择输入信号。节拍初始化电路采用拨码开关DIP1,DIP1的六个引脚分别与单片机U1的23脚26脚,27脚,28脚,29脚以及33脚连接,这六个引脚分别对应三个D触发器的置位端和复位端,步进电机运行前首先设置拨码开关DIP1的数值,拨码开关DIP1的数值是由步进电机的相数和拍数来决定的。运行开关采用单刀开关K1,单刀开关K1与单片机U1的19脚连接,单片机U1的19脚输出频率可调的脉冲信号,其可调频率数值是根据电位器PR1的值来确定的,当单刀开关K1闭合时,单片机U1的19脚与单片机U1的21脚接通,单片机U1的21脚是D触发器同步信号,这样步进电机就可以转动并且速度可调。D3指示灯每秒闪烁一次表示单片机已经运行,D1指示灯闪烁表示单片机输出同步信号正常。单片机的引脚与D触发器芯片和数据选择器芯片的引脚是有着对应的关系的,单片机U1的34脚,35脚,36脚分别对应三个D触发器的三个输入端,单片机U1的1脚,2脚,3脚4脚,5脚,6脚分别对应三个D触发器的六个输出端,单片机U1的14脚,15脚,16脚分别对应三个数据选择器的三个选择输出端,单片机U1的7脚,8脚,9脚1
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