專利名稱：一種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)及其控制方法，用于高校實(shí)驗(yàn)室的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
背景技術(shù)：
目前在高校，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)蓬勃發(fā)展，實(shí)驗(yàn)設(shè)備品種繁多，但相互之間沒(méi)有相關(guān)性， 相互彼此獨(dú)立，比如單片機(jī)課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的主要是提供驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用單片機(jī)，而環(huán)形分配器主要是由觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器和組合電路組成，這些電路實(shí)驗(yàn)是數(shù)字電子技術(shù)課程開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)，這兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)備分布在不同的實(shí)驗(yàn)室，這就會(huì)造成設(shè)備利用率低，資源浪費(fèi)，現(xiàn)有設(shè)備不能滿足學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。當(dāng)前在大學(xué)電氣專業(yè)，前期課程有數(shù)字電子技術(shù)，同學(xué)們做過(guò)觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器，組合電路以及數(shù)據(jù)選擇器等實(shí)驗(yàn)，后期有單片機(jī)課程，如果能夠設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)，使前期課程和后期課程有很好的銜接，這樣使學(xué)生們既能學(xué)好當(dāng)前知識(shí)又能鞏固前面的知識(shí)，同時(shí)還能進(jìn)一步改善實(shí)踐教學(xué)效果。目前在步進(jìn)電機(jī)控制領(lǐng)域，環(huán)形分配器是個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前環(huán)形分配器主要是由 D觸發(fā)器及復(fù)雜的門(mén)電路組成，或者由計(jì)數(shù)器及復(fù)雜的門(mén)電路組成，它們最大的缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，不實(shí)用。環(huán)形分配器可以通過(guò)單片機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，但很少見(jiàn)到采用軟硬件結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)及其控制方法，采用軟件和硬件相結(jié)合的控制方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的功能，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，這是數(shù)字電子技術(shù)和單片機(jī)課程知識(shí)的結(jié)合，這樣的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)鍛煉了學(xué)生們的綜合能力。本發(fā)明首先涉及一種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，包括步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)控制器，所述步進(jìn)電機(jī)控制器包括環(huán)形分配器、速度設(shè)定電路、工作方式設(shè)定電路、節(jié)拍初始化電路、運(yùn)行開(kāi)關(guān)、運(yùn)行指示電路，環(huán)形分配器通過(guò)單片機(jī)模擬D觸發(fā)器和數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的是，所述速度設(shè)定電路包括電位器PRl和電阻R1，電位器的中心抽頭與單片機(jī)Ul的引腳(40)連接，為步進(jìn)電機(jī)控制器提供速度設(shè)定信號(hào)，改變D觸發(fā)器同步信號(hào)的
頻率值。優(yōu)選的是，所述工作方式設(shè)定電路采用撥碼開(kāi)關(guān)DIP2，撥碼開(kāi)關(guān)DIP2的兩個(gè)引腳分別與單片機(jī)Ul的引腳(38)和引腳(39)連接，工作方式設(shè)定電路用于選定步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)拍數(shù)和步進(jìn)方向，單片機(jī)Ul的引腳(38)和引腳(39)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)選擇器的選擇輸入信號(hào)。優(yōu)選的是，所述節(jié)拍初始化電路采用撥碼開(kāi)關(guān)DIP1，撥碼開(kāi)關(guān)DIPl的六個(gè)引腳分別與單片機(jī)Ul的引腳(23)、引腳(26)、引腳(27)、引腳(28)、引腳(29)以及引腳(33)連接， 這六個(gè)引腳分別對(duì)應(yīng)三個(gè)D觸發(fā)器的置位端和復(fù)位端，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行前首先設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)DIPl的數(shù)值，撥碼開(kāi)關(guān)DIPl的數(shù)值由步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)決定。優(yōu)選的是，所述運(yùn)行開(kāi)關(guān)采用單刀開(kāi)關(guān)K1，單刀開(kāi)關(guān)Kl與單片機(jī)Ul的引腳(19) 連接，單片機(jī)Ul的引腳(19)輸出頻率可調(diào)的脈沖信號(hào)，其可調(diào)頻率數(shù)值根據(jù)電位器PRl的值來(lái)確定，當(dāng)單刀開(kāi)關(guān)Kl閉合時(shí)，單片機(jī)Ul的引腳(19)與單片機(jī)Ul的引腳(21)接通，單片機(jī)Ul的引腳(21)是D觸發(fā)器同步信號(hào)，使得步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并且速度可調(diào)。 優(yōu)選的是，指示燈D3每秒閃爍一次表示單片機(jī)已經(jīng)運(yùn)行，指示燈Dl閃爍表示單片機(jī)輸出同步信號(hào)正常。優(yōu)選的是，所述步進(jìn)電機(jī)選用三相步進(jìn)電機(jī)。優(yōu)選的是，所述單片機(jī)Ul選用ATmegal6。優(yōu)選的是，所述環(huán)形分配器包括三個(gè)D觸發(fā)器。優(yōu)選的是，所述環(huán)形分配器包括三個(gè)四選一數(shù)據(jù)選擇器。優(yōu)選的是，所述D觸發(fā)器具有74LS74芯片。優(yōu)選的是，所述數(shù)據(jù)選擇器具有74LS153芯片。本發(fā)明的第二個(gè)方面涉及一種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的控制方法，采用軟件和硬件相結(jié)合的控制方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的功能，具體方法如下
用D觸發(fā)器芯片和數(shù)據(jù)選擇器芯片設(shè)計(jì)環(huán)形分配器，調(diào)試成功后用單片機(jī)模擬D觸發(fā)器芯片和數(shù)據(jù)選擇器芯片，單片機(jī)同時(shí)還完成數(shù)據(jù)采集和處理的功能，單片機(jī)的引腳與D 觸發(fā)器芯片和數(shù)據(jù)選擇器芯片的引腳相對(duì)應(yīng)；
步進(jìn)電機(jī)控制器的軟件模塊包括數(shù)據(jù)選擇器程序模塊、D觸發(fā)器程序模塊、節(jié)拍初始化程序模塊、秒定時(shí)程序模塊、速度設(shè)定程序模塊、單片機(jī)主程序模塊、中斷服務(wù)程序模塊，軟件模塊將經(jīng)過(guò)處理的控制指令和參數(shù)發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集和處理，發(fā)出的控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。進(jìn)一步，所述D觸發(fā)器程序模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程單片機(jī)Ul的引腳(34)、引腳(35)、引腳(36)分別對(duì)應(yīng)三個(gè)D觸發(fā)器的三個(gè)輸入端，單片機(jī)Ul的引腳(I)、引腳(2)、引腳(3)、引腳(4)、引腳(5)、引腳(6)分別對(duì)應(yīng)三個(gè)D觸發(fā)器的六個(gè)輸出端；
首先檢測(cè)輸入引腳，然后讓輸出引腳等于輸入引腳；
D觸發(fā)器的輸入端是D端，它的信號(hào)取自觸發(fā)器本身，觸發(fā)器的輸出和輸入經(jīng)過(guò)一定的外電路連接在一起，構(gòu)成一個(gè)環(huán)形分配電路，3個(gè)D觸發(fā)器的輸出端分別是
Qa、Qa、Qs、Qs、Qc、Qe 個(gè)^>觸發(fā)器輸入端分別是A、D名、Dc，\)觸發(fā)器輸入端和輸
出端的關(guān)系由步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)決定。進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)選擇器程序模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程單片機(jī)Ul的引腳(14)、引腳(15)、 引腳(16)分別對(duì)應(yīng)三個(gè)數(shù)據(jù)選擇器的三個(gè)選擇輸出端，單片機(jī)Ul的引腳(7)、引腳(8)、引腳(9)、引腳(12)分別對(duì)應(yīng)第一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器四個(gè)數(shù)據(jù)選擇器的選擇輸入端，單片機(jī)Ul的引腳(13)、引腳(17)、引腳(18)、引腳(20)分別對(duì)應(yīng)第二個(gè)數(shù)據(jù)選擇器四個(gè)數(shù)據(jù)選擇器的選擇輸入端，單片機(jī)Ul的引腳(22)、引腳(24)、引腳(25)、引腳(37)分別對(duì)應(yīng)第三個(gè)數(shù)據(jù)選擇器四個(gè)數(shù)據(jù)選擇器的選擇輸入端；
引入兩個(gè)選擇信號(hào)為和為來(lái)識(shí)別通電方式或方向，令為為表不三相單三拍正轉(zhuǎn)選擇信號(hào)或三相雙三拍正轉(zhuǎn)選擇信號(hào)，令Λ為表示三相單三拍反轉(zhuǎn)選擇信號(hào)或三相雙三拍反轉(zhuǎn)選擇信號(hào)，令為4表示三相六拍正轉(zhuǎn)選擇信號(hào)，令4為表示三相六拍反轉(zhuǎn)選擇信號(hào)，則
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，包括步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)控制器， 其特征在于所述步進(jìn)電機(jī)控制器包括環(huán)形分配器、速度設(shè)定電路、工作方式設(shè)定電路、節(jié)拍初始化電路、運(yùn)行開(kāi)關(guān)、運(yùn)行指示電路，環(huán)形分配器通過(guò)單片機(jī)模擬D觸發(fā)器和數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)。
2.如權(quán)利要求I所述的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述速度設(shè)定電路包括電位器PRl和電阻R1，電位器的中心抽頭與單片機(jī)Ul的引腳(40)連接，為步進(jìn)電機(jī)控制器提供速度設(shè)定信號(hào)，改變D觸發(fā)器同步信號(hào)的頻率值。
3.如權(quán)利要求I或2所述的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述工作方式設(shè)定電路采用撥碼開(kāi)關(guān)DIP2，撥碼開(kāi)關(guān)DIP2的兩個(gè)引腳分別與單片機(jī)Ul的引腳(38)和引腳(39) 連接，工作方式設(shè)定電路用于選定步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)拍數(shù)和步進(jìn)方向，單片機(jī)Ul的引腳(38) 和引腳(39)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)選擇器的選擇輸入信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述節(jié)拍初始化電路采用撥碼開(kāi)關(guān)DIP1，撥碼開(kāi)關(guān)DIPl的六個(gè)引腳分別與單片機(jī)Ul的引腳(23)、引腳 (26)、引腳(27)、引腳(28)、引腳(29)以及引腳(33)連接，這六個(gè)引腳分別對(duì)應(yīng)三個(gè)D觸發(fā)器的置位端和復(fù)位端，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行前首先設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)DIPl的數(shù)值，撥碼開(kāi)關(guān)DIPl的數(shù)值由步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)決定。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述運(yùn)行開(kāi)關(guān)采用單刀開(kāi)關(guān)K1，單刀開(kāi)關(guān)Kl與單片機(jī)Ul的引腳(19)連接，單片機(jī)Ul的引腳(19)輸出頻率可調(diào)的脈沖信號(hào)，其可調(diào)頻率數(shù)值根據(jù)電位器PRl的值來(lái)確定，當(dāng)單刀開(kāi)關(guān)Kl閉合時(shí)，單片機(jī)Ul的引腳(19)與單片機(jī)Ul的引腳(21)接通，單片機(jī)Ul的引腳(21)是D觸發(fā)器同步信號(hào)，使得步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并且速度可調(diào)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于指示燈D3每秒閃爍一次表示單片機(jī)已經(jīng)運(yùn)行，指示燈Dl閃爍表示單片機(jī)輸出同步信號(hào)正常。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述步進(jìn)電機(jī)選用三相步進(jìn)電機(jī)。
8.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述單片機(jī)Ul選用 ATmegal6。
9.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)形分配器包括三個(gè)D觸發(fā)器。
10.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)形分配器包括三個(gè)四選一數(shù)據(jù)選擇器。
全文摘要
一種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，包括三相步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、光電隔離電路以及步進(jìn)電機(jī)控制器，所述步進(jìn)電機(jī)控制器包括環(huán)形分配器、速度設(shè)定電路、工作方式設(shè)定電路、節(jié)拍初始化電路、運(yùn)行開(kāi)關(guān)以及運(yùn)行指示電路，環(huán)形分配器是通過(guò)單片機(jī)模擬D觸發(fā)器和數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)其功能。本發(fā)明采用D觸發(fā)器芯片和數(shù)據(jù)選擇器芯片來(lái)設(shè)計(jì)環(huán)形分配器，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，思路清晰，并且容易理解；采用軟硬件結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的功能，單片機(jī)同時(shí)還完成數(shù)據(jù)采集和處理的功能，這又是我們的獨(dú)創(chuàng)。同時(shí)，這種數(shù)字電子技術(shù)和單片機(jī)課程知識(shí)相結(jié)合的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)鍛煉了學(xué)生們的綜合設(shè)計(jì)能力，也提高了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的利用率，避免了實(shí)驗(yàn)室資源浪費(fèi)。
文檔編號(hào)H02P8/14GK102594236SQ201210045628
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者田文杰 申請(qǐng)人:北京聯(lián)合大學(xué)