摘   要  設(shè)計了一種用于經(jīng)濟翌-數(shù)控的通用型步進電動機微步驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一片8031單片機作為cpu，可以用于額定電流3a以下的三相、四相、五相反應(yīng)式步進電動機的微步驅(qū)動。由于其靈活的軟硬件設(shè)計，系統(tǒng)可以方便地用于脈沖驅(qū)動、rs232接口、ctd總線接口等場合。文中著重介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。

    敘  詞  步進電動機微步驅(qū)動通用軟硬件設(shè)計

    步進電機是一種能將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移和線位移的執(zhí)行元件，由于其具有步距準確、可開環(huán)控制、便于數(shù)字控制等優(yōu)點，廣泛用在各種執(zhí)行機構(gòu)上，也是經(jīng)濟型數(shù)控機床中最常采用的執(zhí)行元件之一[1]。步進電機的性能與其驅(qū)動電路密切相關(guān)，為了提高步進電機的步進分辨率，微步驅(qū)動是十分有效的措施[z]。另外，采用步進電機微步驅(qū)動，可以用機械直拖，省去了中間傳動環(huán)節(jié)，不僅使進給精度得到保證，也使得進給系統(tǒng)的頻率響應(yīng)大大提高。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，微步驅(qū)動技術(shù)不斷得到完善，出現(xiàn)了多種驅(qū)動器。但是，目前國內(nèi)的微步驅(qū)動器往往是針對某一種類步進電機獨立設(shè)計的，通用性較差，國外的通用驅(qū)動器價格又比較昂貴，而且對外接口單一，通常只有rs232接口[3]。因此，研制一種通用的驅(qū)動系統(tǒng)很有必要。這種驅(qū)動器應(yīng)具有以下幾個特征：驅(qū)動電路性能良好，功耗低、效率高、體積小；通用性好，驅(qū)動器應(yīng)具有一定的智能控制功能，不需硬件改劫就能驅(qū)動多種步進電機；接口多，除了能接收脈沖信號外，還應(yīng)有rs232等多種接口，以便和其它系統(tǒng)通訊，使其不但是一個獨立的驅(qū)動器，而且是一個智能驅(qū)動模塊。

    本文利用脈寬調(diào)制電流控制技術(shù)和單片機技術(shù)設(shè)計了通用驅(qū)動器，滿足了上述要求。文中對驅(qū)動器的軟硬件設(shè)計作了詳細介紹。

   整個硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括控制通用型步進電動機微步驅(qū)動系統(tǒng)電路、驅(qū)動電路和接口電路三個部分，設(shè)計電路時，嚴格按照std模板尺寸設(shè)計。

 

    控制電路主要由單片機最小系統(tǒng)、譯碼器、微動開關(guān)、dla轉(zhuǎn)換和環(huán)分電路組成。微動開關(guān)與單片機8031的pl口相連，用于不同場合的步進電機相數(shù)設(shè)置、細分數(shù)設(shè)置以及不同連接接口的設(shè)置。8031單片機系統(tǒng)是控制電路的核心，用于不同需要的軟件以子程序或中斷服務(wù)程序存儲于程序存儲器中。執(zhí)行步進命令時，單片機把電機電流對應(yīng)的數(shù)字量輸入到d/a轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)端口，d/a轉(zhuǎn)換器的模擬輸出量經(jīng)環(huán)分電路輸送給驅(qū)動電路。dla轉(zhuǎn)換器可根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的需要選擇8位的dac0832或12位的dac12 30，只要改變相應(yīng)的軟件即可。

    驅(qū)動電路采用脈寬調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)微步驅(qū)動中各相平均電流的控制，脈寬調(diào)制由專用集成芯片tl494完成，簡化了電路的設(shè)計，而且電路的可靠性和抗干擾能力都大大提高。脈寬調(diào)制后的電流控制信號變成不同脈沖寬度同頻率的一系列脈沖串，這些脈沖串與功放電路的輸入相連，控制功放管的導(dǎo)通和關(guān)斷。在控制不同相屯流時，功放管始終工作于開關(guān)狀態(tài)，發(fā)熱少，省去了散熱裝置，減小了驅(qū)動電路的體積，這是功放管工作于放大狀態(tài)時所不能做到的。最末一級功放管采用vmos管，它是一種電壓型驅(qū)動元件，對驅(qū)動電流的要求很低，但是考慮到其柵源間的電容，在它的輸入級前又增加了一級推挽驅(qū)動，使驅(qū)動脈沖的上升沿和下降沿都很陡，功放管的導(dǎo)通和關(guān)斷過渡時間更短，進一步降低了功率損耗。對于不同額定電流的步進電機，反饋信號的放大倍數(shù)可以調(diào)整，實踐表明，所設(shè)計的驅(qū)動電路對于額定電流小于3a以下的反應(yīng)式步進電機都是適用的。

    接口電路的多樣性使系統(tǒng)的適應(yīng)性更強。在系統(tǒng)設(shè)計中，除了用單片機的p3,3、p3.4作為系統(tǒng)的脈沖驅(qū)動接口外，還應(yīng)用1488、1489擴展了rs232接口，應(yīng)用兩片數(shù)據(jù)鎖存器擴展了std總線接口，這主要是出于系統(tǒng)用在多軸聯(lián)動控制時的考慮。另外，硬件中還用555設(shè)計了脈沖發(fā)生器，使系統(tǒng)可以獨立地用