于单片机步进电机开环控制系统设计方案.doc

于单片机的步进电机开环控制系统设计 ［作者：李存志　张松炜????转贴自：微计算机信息????点击数： 6????更新时间：2008-6-17 【字体： A?】 Research on the Driver and Control System of the Step Motor摘要: 本文研究开发了一种步进电机驱动器及其控制系统。该系统以PC机作为上位机，以单片机作为下位机，可使上位机能够可靠地将经过处理的控制指令和参数发送到下位机，保证下位机能够准确、及时地发出控制信号，通过驱动器驱动步进电机工作。同时，上位机检测下位机的各种状态信号，进行诊断和处理。关键字: 步进电机；控制系统；驱动器；通信电路Abstract: A high performance control system of stepping motor has been developed. The system adopts the PC as master computer and the single-chip as slave computer. Control instructions and parameter have been delivered from the master computer to slave computer dependently and smoothly in order to guarantee the work that can be accurately and promptly done. Besides, the host computer collects various kinds of state signal that the slave computer feedbacks to diagnose and manipulate. Keywords: Step Motor; Control System; Driver; Communication Circuit 1 引言步进电机又称脉冲电动机，是数字控制的一种执行元件。它是随着计算机控制系统发展而发展起来，利用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或者线位移的电动机。对于步进电机控制系统，运动控制器就像是它的中枢神经系统，指挥着它的每个动作。本文以步进电机为控制对象，继承传统步进电机控制的优点，研制高性能步进电机驱动器及控制系统。2 系统总体设计?图1 控制器总体结构图步进电机控制器是步进电机控制系统重要部分，控制器接收上位机发送的指令，并根据指令向各步进电机发出控制信号，各个电机的驱动器则将控制信号转变成直接驱动步进电机的电信号，实现步进电机的控制。采用PC机的控制系统，其软硬件资源丰富，柔性极强。图1为控制器总体结构图。单片机的种类是很多的，有PIC系列、Motorola系列、Intel系列8051类单片机等。各个系列的单片机各有所长，在处理速度、稳定性、I/O能力、功耗、功能齐全、价格等方面各有优劣。这些种类繁多的单片机家族，给我们单片机的选择提供了很大的余地。Intel公司生产的51系列单片机具有功能强大、价格低廉、体积小、开发工具易操作等特点，在市场中占有很大的份额，是一种比较通用且经济实惠的产品。因而本系统中选用了40管脚的51单片机ATMEL89C51作为主控芯片。3 硬件详细设计3.1 通信电路设计通过EPP并行口可以简单方便地设计出各种接口应用电路，其设计方法与总线方式更为接近，由于它所用的信号线十分有限，必须把数据的传送分为两个周期。EPP口的数据与地址分时复用8位数据/地址总线，其资源相对较少，并且在EPP口中只有WRITE, DATASTB, ADDSTB这三条用于数据和地址传输的控制线，所以整个系统的读写控制信号即读数据、读地址、写数据、写地址信号不能直接从EPP口上得到。为了解决这一问题，在设计中采用了对数据选通线、地址选通线、写信号线进行组合译码的方法，其接口电路如图2所示。?图2 通信接口电路3.2 驱动与光电隔离电路设计尽管所有的打印机口均有17根信号传输线，然而这些信号线的性能确存在着差别，例如输出电阻、抗干扰能力等都有所不同。IEEE488描述了两个级别的打印机性能标准:一级和二级。二级标准可以提供比原始打印口或一级标准大的多的电流。EPP和ECP模式均可以提供二级标准。电路设计中采用8D双向总线发送/接收器74LS245作为驱动电路，74LS245在电路中起缓冲、隔离作用，还有一定的保护和控制作用。当E有效时，74LS245的输入/输出方向由DIR控制。因此，若将DIR接固定TTL电平，则74LS245为单向缓冲器。一般都是使用它的双向传输功能。为此，