基于单片机的新型步进电机运动控制器

ByGrith4

摘要:运动控制器在开放式数控系统中占有很重要的地位。开发了一款基于单片机的新型步进电机运动控制器。硬件部分
; _* X2 c* J$ V" T$ E$ N重点对运动控制器的脉冲分频电路、RS- -232通信接口电路、D/A转换电路、V/I转换电路、开关信号输入电路、系统抗干扰
电路等进行了设计和分析;软件方面提出了系统的总体架构。
4 Q9 V9 D1 z8 l! P关键字:运动控制;步进电机;单片机;电路设计
1引言
数控技术是一种采用计算机对机械加工过程中各种控制
( t0 H( h# M. P: v) c+ }信息进行数字化运算处理,并通过高性能的驱动单元对机械执
/ G4 B" N; U8 s/ W. A! |行构件进行自动化控制的高新技术。现代机械加工业逐步向柔
性化、集成化智能化方向发展，因此新-代数控技术就必需强
7 v$ p8 U8 r4 Q7 P8 W8 U调具有开放式、智能化、网络化的特征。本文采用新型微处理
# U7 d" \% F1 S  _9 n/ F- [器高性能集成电路,研究开发智能步进电机控制卡。
/ h7 w, b$ c+ _% G2系统总体结构设计
: F9 v4 T# I4 U# I, ]通过对步进电机控制器关键技术进行分析、研究和比较,
并综合国内外运动控制器产品智能化、集成化、开放化的发展
! _4 Q  z! S& Z4 F趋势,我们提出的步进电机运动控制器总体结构如图1所示。
( U0 H$ B" ^* z+ o图1系统总体结构
# G4 }- i) A: k4 ]9 m3系统硬件电路设计
3.1脉冲分频电路设计
本系统的主要控制对象为步进电机。步进电机是- -种将电
, w( c/ ?+ H$ i" E) i* Y" m
脉冲转化为角位移的执行机构,因此产生符合系统要求的步进
% J! Z; O' a5 J( L* F, z3 G) v" f. g/ X电机驱动脉冲为整个系统设计中的关键。本系统的脉冲分频电
. t% O( D' q5 w$ S) H路由图2所示。整个电路采用3片8254来产生X, Y,Z三个轴
5 z$ Q& h$ L  k的驱动脉冲信号,鉴于Y,Z轴的电路与X轴相同，因此图中只
% ^, a9 b- l. D$ R$ O9 S表示了X轴脉冲数输出的电路原理。
& H- T# U) k' O. V: Z9 J) R. _Inte18254是可编程定时/计数器，片内包含3个独立通道，
% Q1 P. Q! Y- |  c每个通道均为功能相同的16 位计数器，每个计数器的工作方
式和计数长度分别由软件编程选择。8254是8253的改进型,操
作方式及引脚与8253完全相同。8253 计数频率为2.6MHz,
8254的计数频率则更高,可达到6MHz。本系统选择8254作为
脉冲分频电路的主控芯片。
& g2 V7 g* a" E4 ]- r* ?图2脉冲分频电路图
3.2 RS- -232通信接口电路设计
6 y" f) H1 m9 }7 K( h- O* `$ Z在单片机系统的通信中，RS- -232和RS- 485标准总线应用
最为成熟。为了使运动控制器的适用范围更加广泛,配合PC的
$ q8 j; w7 ~2 E% e; ~! R" E现有接口,我们选用RS- -232标准总线来实现控制器和PC的通
信,其接口电路如图3所示。在图3中,选用MAX232作为系统
的通信接口芯片。MAX232是MAXIM公司生产的低功耗、单电
1 c( x! N* S% J3 l3 J# A! I! s源双RS- -232发送/接收发器,适用于各种EIA-232E和V.28/V.
' ]# O$ W& i. Z: Y5 ?- D6 f; v24的通信接口。MAX232芯片可以把输入的+5V电源变换成
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Inte18254是可编程定时/计数器，片内包含3个独立通道，每个通道均为功能相同的16 位计数器