基于单片机的新型步进电机运动控制器

ByGrith4

. O9 d, l3 W$ E4 p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
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
; T' _( D! k1 x- R) [, X: [' t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。
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
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
7 D7 w4 L3 V% Z* _! G% C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
2 O; E/ R. s' X调具有开放式、智能化、网络化的特征。本文采用新型微处理
器高性能集成电路,研究开发智能步进电机控制卡。
2系统总体结构设计
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
) m5 m( ~8 U2 {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。
" R' i+ H$ P% N  g; v9 S& x" r图1系统总体结构
3系统硬件电路设计
' _# G: a# D5 N5 U% S% r3.1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

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
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
% D( V8 m! U) a. O6 C4 q* A路由图2所示。整个电路采用3片8254来产生X, Y,Z三个轴
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
/ f9 ^# r: a$ m  r$ X, r) f) L2 R' f& X表示了X轴脉冲数输出的电路原理。
5 S! o* @% t0 K& s8 PInte18254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，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,
# l7 E/ m; F! o1 i8254的计数频率则更高,可达到6MHz。本系统选择8254作为
, ]. O, t/ a7 R  `$ W, S! W' ]- C1 c脉冲分频电路的主控芯片。
7 W; J% m1 a3 v# I( T7 W1 j图2脉冲分频电路图
3.2 RS- -232通信接口电路设计
- \; T; C0 B) T; |; t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
, j2 [' d/ T. R) B5 V3 x现有接口,我们选用RS- -232标准总线来实现控制器和PC的通
+ F  F0 m  |4 o! E信,其接口电路如图3所示。在图3中,选用MAX232作为系统
8 [2 `. n7 U3 X3 J+ }8 ?; T% |* [, L的通信接口芯片。MAX232是MAXIM公司生产的低功耗、单电
8 [: J  x2 y5 L  q* a源双RS- -232发送/接收发器,适用于各种EIA-232E和V.28/V.
24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