專利名稱：通用步進電機電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種通用步進電機電源，它適用于不同相數(shù)、不同時序分配的步進電機，應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。
由于步進電機的廣泛應(yīng)用，步進電機的驅(qū)動電源也得到不斷地改進而日臻完善。然而在此之前，驅(qū)動電源大多是由中小規(guī)模數(shù)字電路構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且不易通用化。
專利US-4833385提出了一個用于步進驅(qū)動可控設(shè)備，特別是用于多光束分光光度計中的光學(xué)調(diào)制裝置上的相位同步方法，即實現(xiàn)傳感器信號與步進電機驅(qū)動同步的方法。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。雖然它使用了微機，但微機對步進電機的控制是通過邏輯電路2中的倒相器和異或門所組成的分配器(a commutator)而實現(xiàn)的，它是四相四拍時序分配方式。從結(jié)構(gòu)上講，它是一個特定的分配器，它只能驅(qū)動四相四拍分配方式的步進電機，專用性強，不能用來驅(qū)動三相、五相、六相、八相等步進電機，該專利不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且未考慮通用化的要求。
專利US-4774441所解決的是電機的群控方法，不能用于步進電機。其結(jié)構(gòu)如圖2。
專利CN-1036111A要解決的核心問題是提高步進電機的驅(qū)動效率。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它沒有使用微機，整個控制環(huán)節(jié)仍然延用傳統(tǒng)的方式脈沖發(fā)生(圖中的18)至脈沖分配(圖中的20)至驅(qū)動(圖中的4)至步進電機。在這種結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電源中，一旦脈沖分配器的硬件確定之后，就不可能再將其用于其他相數(shù)的步進電機上，因此它缺乏通用性。
專利CN-85105312A主要解決自動調(diào)節(jié)啟動和制動的工作頻率，保證不停步和不滑步，在連續(xù)工作期間達到額定的工作頻率。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。它所采用的控制方式也是脈沖發(fā)生(圖中的23)至脈沖分配(圖中的20)至驅(qū)動(圖中的25)至步進電機。正如前面所指出的，這種使用脈沖分配器的方式就不可避免地出現(xiàn)相數(shù)不同的電機不能通用電源的問題。
本發(fā)明的目的就是克服上述缺點，解決步進電機電源的通用化問題。
本發(fā)明的步進電機電源由單片微處理器28、程序存儲器29、地址鎖存器31、鍵盤/顯示器30、驅(qū)動器4、功率放大器22、訊響器32和限位開關(guān)33組成。其中鍵盤/顯示器30是由鍵盤/顯示控制器34、行驅(qū)動器35、列驅(qū)動器36、顯示器37和鍵盤38組成。上述單片微處理器把取指令地址通過地址鎖存器送給程序存儲器，從而由程序存儲器得到操作指令，然后按照相應(yīng)的指令，控制驅(qū)動器，經(jīng)過功率放大之后，對步進電機做相應(yīng)的驅(qū)動。單片微處理器獲得指令和數(shù)據(jù)輸出信息和數(shù)據(jù)，是通過鍵盤/顯示器完成，當鍵盤/顯示控制器把要顯示的數(shù)據(jù)OUT通過列驅(qū)動器送到顯示器上，再由行掃描線SL上輸出行控制信號，通過行驅(qū)動器再加到顯示器上，這樣就按順序在顯示器上顯示出要顯示的數(shù)據(jù)。行掃描線SL掃描顯示器的同時也掃描鍵盤，掃描的結(jié)果回送到鍵盤/顯示控制器的回送線RL上，從而知道是否有鍵被按下，并確定是那個鍵，實現(xiàn)對顯示器和鍵盤的管理。單片微處理器由鍵盤得到命令和數(shù)據(jù)，也為顯示器提供相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)，實現(xiàn)人機雙向聯(lián)系。聯(lián)結(jié)于單片微處理器P26點的訊響器在位移機構(gòu)達到極限位置時發(fā)聲報警，與此同時顯示器上指示出限位的位置。達到極限位置的檢測是通過聯(lián)結(jié)于單片微處理器P24點的限位開關(guān)來實現(xiàn)的。
上述單片微處理器和鍵盤/顯示控制器最好采用大規(guī)模集成電路芯片，使主機結(jié)構(gòu)簡單，提高穩(wěn)定性、可靠性和擴大使用性能降低成本。
上述的程序存儲器是由系列軟件固化體構(gòu)成。對于不同相數(shù)的電機有不同的軟件配置，相同相數(shù)的電機，有不同的相序要求時，也有不同的軟件配置。為使該電源適用于相數(shù)系列三相、四相、五相、六相、八相……，及時序系列三相三拍、三相六拍、四相四拍、四相八拍、五相五拍、五相十拍……的分配方式的步進電機，配置一個程序存儲器系列，它是予先固化的稱為只讀存儲器(EPROM)芯片系列。上述的功率放大器是一個系列插件。因為不同類型的步進電機不僅相數(shù)不同，而且所使用的相電壓和相電流也不同，所以要求不同的驅(qū)動功率，這就要求組成一個不同相數(shù)和驅(qū)動功率的功率放大器，其相數(shù)系列為二相、三相……，驅(qū)動功率以相電壓系列示為9V、12V、24V、……，以相電流系列表示為0.2A、0.3A、0.4A、0.5A、1A、2A、4A……，這些都是予先調(diào)試好的插件。所以使用時針對每種步進電機只需選用相應(yīng)的程序存儲器芯片和功率放大器插件即可，而主機結(jié)構(gòu)無需改動。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.具有通用性。由于采用了系列軟件固化體代替了上述三項專利中的脈沖分配器。只需選擇相應(yīng)的功率驅(qū)動插件和程序存儲器芯片，就可以適用多種類型的步進電機而不必改變主機結(jié)構(gòu)。2.結(jié)構(gòu)簡單。由于用軟件固化體代替結(jié)構(gòu)復(fù)雜的脈沖分配器，在主機結(jié)構(gòu)上，用大規(guī)模集成電路芯片組成最小系統(tǒng)，提高穩(wěn)定性和可靠性，也提高了性能價格比。整機體積小，安裝調(diào)試方便，易于批量生產(chǎn)。3.操作簡單、使用方便。由于采用面向用戶的軟件固化體，充分發(fā)揮了每種步進電機的全部功能。由于有方便的人機對話方式，按照功能選擇的提示，能夠隨心所欲地控制步進電機。并及時地顯示出步進電機運行狀態(tài)。


圖1是步進驅(qū)動可控設(shè)備的相位同步方法的結(jié)構(gòu)圖。其中1-微型計算機，2-邏輯電路，3-步進電機，4-驅(qū)動器，5-倒相器，6-異或門，7-扇狀鏡，8-反射式耦合器，9-單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，10-電位器，11-發(fā)射光源，12-檢測器。
圖2是電機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。其中13-電源，14-輸入信號源，1-微型計算機，15-電機驅(qū)動集成電路，16-電機運行位置檢測電路，17-電機正/反轉(zhuǎn)換向電路。
圖3是高效步進電機驅(qū)動電源結(jié)構(gòu)圖。其中18-鋸齒波發(fā)生器，19-比較器，20-環(huán)形脈沖分配器，21-定相調(diào)整電路，4-驅(qū)動器，22-功率放大器，CP-時鐘脈沖，9-單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，fv-頻率/電壓變換器。
圖4是一種步進電機的驅(qū)動電源結(jié)構(gòu)圖。
其中23-脈沖發(fā)生器，20-環(huán)形脈沖分配器，24-光耦合器，25-驅(qū)動放大器，26-自動調(diào)節(jié)電路，27-計算機控制接口。
圖5是本發(fā)明的通用步進電機電源的結(jié)構(gòu)圖。其中28-單片微處理器，29-程序存儲器，30-鍵盤/顯示器，4-驅(qū)動器，22-功率放大器，31-地址鎖存器，32-訊響器，33-限位開關(guān)。其中鍵盤/顯示器30包括34-鍵盤/顯示控制器，35-行驅(qū)動器，36-列驅(qū)動器，37-顯示器，38-鍵盤。
圖6是實施例中所采用的功率放大器結(jié)構(gòu)圖。其中4-驅(qū)動器，39-達林頓晶體管，40-阻尼二極管，41-限流電阻，V+-+5V，V++-+24V，AA-A相繞組，BB-B相繞組，CC-C相繞組。
圖7是實施例中使用程序存儲器中所固化的軟件的程序流程圖。其中42-鍵盤/顯示控制器編程，43-顯示步距角為1.5°或3°，44-選擇1.5°或3°，45-建立3°表參數(shù)，46-建立1.5°表參數(shù)，47-顯示正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，48-選擇反向表參數(shù)，t-正向，r-反向，51-拼接表的首地址，52-顯示速度值，53-送入速度值，54-送數(shù)結(jié)束了嗎？，55-速度值送內(nèi)存，56-顯示連續(xù)/按設(shè)定值步進，57-選擇連續(xù)或按設(shè)定值步進，s-步進，c-連續(xù)，58-建立標志，59-運行嗎？，60-驅(qū)動步進電機，61-要暫停運行嗎？，62-顯示步進數(shù)，63-送入步進數(shù)，64-送步進數(shù)結(jié)束了嗎？，65-步進數(shù)送內(nèi)存，66-驅(qū)動步進電機，67-顯示剩余步數(shù)，68-步進數(shù)等于零嗎？，69-顯示000，70-還要步進嗎？。
實施例用于驅(qū)動45BF3/3型步進電機的功率放大器如圖6所示。其驅(qū)動功率系列插件為45BF3/3A(相電壓為24V，相電流為0.2A)、45BF3/3B(相電壓為24V，相電流為0.4A)和45BF3/3C(相電壓為24V，相電流為1A)程序存儲器所固化的軟件的程序流程圖如圖7所示。適應(yīng)于三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍的相序分配方式。如果工作在三相三拍時，其步距角為3°，工作在三相六拍時，其步距角為1.5°。
如圖5所示的結(jié)構(gòu)中，單片微處理器28采用8035，程序存儲器所用器件為2716，地址鎖存器31采用74LS373，驅(qū)動器4采用7406，鍵盤/顯示控制器34采用8279，行驅(qū)動器35采用7407，列驅(qū)動器36采用7407，顯示器37采用共陰極LED管LT547R三只，鍵盤38采用單個小型微動按鍵11個，復(fù)位鍵1個。
圖為輸出口P1共8根，驅(qū)動器也是8線，所以只要改變相應(yīng)的功率放大器和程序存儲器芯片，就可以用來驅(qū)動高至8相的任何相數(shù)，任何時序所要求的步進電機。
權(quán)利要求
1.一種通用步進電機電源，其特征在于(1)單片微處理器將取指令地址通過地址鎖存器送給程序存儲器，程序存儲器控制驅(qū)動器，驅(qū)動器發(fā)出驅(qū)動信號經(jīng)過功率放大器后，驅(qū)動步進電機；(2)單片微處理器獲得命令、數(shù)據(jù)，輸出信息和數(shù)據(jù)均是通過鍵盤/顯示器完成；鍵盤/顯示器中的鍵盤/顯示控制器將要顯示的數(shù)據(jù)通過列驅(qū)動器送到顯示器，再由行掃描線SL輸出行控制信號，通過行驅(qū)動器加于顯示器上，行掃描線SL同時掃描鍵盤，將其結(jié)果回送到鍵盤/顯示控制器的回送線RL上；(3)單片微處理器于P26點聯(lián)接有位移機構(gòu)達到極限位置時，發(fā)聲報警的訊響器，于P24點聯(lián)接有檢測極限位置的限位開關(guān)；(4)程序存儲器是由不同相數(shù)，不同相序的系列軟件固化體稱為只讀存儲器芯片所構(gòu)成；(5)上面所說功率放大器是一系列不同相數(shù)和不同驅(qū)動功率的系列插件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用步進電機電源，其特征在于構(gòu)成程序存儲器的稱為只讀存儲器芯片的系列軟件固體體的系列是三相、四相、五相、六相、八相……，及相應(yīng)的時序系列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用步進電機電源，其特征在于構(gòu)成功率放大器的系列插件的相系列是二相、三相、四相、……，驅(qū)動功率以相電壓表示為9V、12V、24V、……，以相電流表示為0.2A、0.3A、0.4A、0.5A、1A、2A、4A……。
全文摘要
本發(fā)明是一種通用步進電機電源，由單片微處理器將取指令地址通過地址鎖存器送給由稱為只讀存儲器芯片的系列軟件固化體構(gòu)成的程序存儲器，單片微處理器控制驅(qū)動器，驅(qū)動器發(fā)出驅(qū)動信號經(jīng)過由系列插件構(gòu)成的功率放大器后，驅(qū)動步進電機，單片微處理器獲得命令和數(shù)據(jù)輸出信息數(shù)據(jù)都是通過鍵盤/顯示器完成。本發(fā)明具有通用性，使用方便等優(yōu)點。
文檔編號H02P8/00GK1064774SQ91107339
公開日1992年9月23日 申請日期1991年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月12日
發(fā)明者張秉鈞 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所