关键字: 步进电机;控制系统;驱动器;通信电路
1 引言
步进电机又称脉冲电动机，是数字控制的一种执行元件。它是随着计算机控制系统发展而发展起来，利用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或者线位移的电动机。对于步进电机控制系统，运动控制器就像是它的中枢神经系统，指挥着它的每个动作。本文以步进电机为控制对象，继承传统步进电机控制的优点，研制高性能步进电机驱动器及控制系统。
2 系统总体设计
图1 控制器总体结构图
步进电机控制器是步进电机控制系统重要部分，控制器接收上位机发送的指令，并根据指令向各步进电机发出控制信号，各个电机的驱动器则将控制信号转变成直接驱动步进电机的电信号，实现步进电机的控制。采用PC机的控制系统，其软硬件资源丰富，柔性极强。图1为控制器总体结构图。
单片机的种类是很多的，有PIC系列、Motorola系列、Intel系列8051类单片机等。各个系列的单片机各有所长，在处理速度、稳定性、I/O能力、功耗、功能齐全、价格等方面各有优劣。这些种类繁多的单片机家族，给我们单片机的选择提供了很大的余地。Intel公司生产的51系列单片机具有功能强大、价格低廉、体积小、开发工具易操作等特点，在市场中占有很大的份额，是一种比较通用且经济实惠的产品。因而本系统中选用了40管脚的51单片机ATMEL89C51作为主控芯片。
3 硬件详细设计
3.1 通信电路设计
通过EPP并行口可以简单方便地设计出各种接口应用电路，其设计方法与总线方式更为接近，由于它所用的信号线十分有限，必须把数据的传送分为两个周期。
EPP口的数据与地址分时复用8位数据/地址总线，其资源相对较少，并且在EPP口中只有WRITE, DATASTB, ADDSTB这三条用于数据和地址传输的控制线，所以整个系统的读写控制信号即读数据、读地址、写数据、写地址信号不能直接从EPP口上得到。为了解决这一问题，在设计中采用了对数据选通线、地址选通线、写信号线进行组合译码的方法，其接口电路如图2所示。
图2 通信接口电路
3.2 驱动与光电隔离电路设计
尽管所有的打印机口均有17根信号传输线，然而这些信号线的性能确存在着差别，例如输出电阻、抗干扰能力等都有所不同。IEEE488描述了两个级别的打印机性能标准:一级和二级。二级标准可以提供比原始打印口或一级标准大的多的电流。EPP和ECP模式均可以提供二级标准。电路设计中采用8D双向总线发送/接收器74LS245作为驱动电路，74LS245在电路中起缓冲、隔离作用，还有一定的保护和控制作用。当E有效时，74LS245的输入/输出方向由DIR控制。因此，若将DIR接固定TTL电平，则74LS245为单向缓冲器。一般都是使用它的双向传输功能。为此，DIR必须可控，使其根据需要变为高电平或低电平，并与E相结合控制数据传输方向。
光隔离器具有体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、输入输出之间绝缘、单向传输信号等优点。利用光隔离器将控制器与外部的驱动电路隔离开来，使得外部电路的变化不至于影响或者损坏控制系统，从而提高系统的可靠性，增强抗干扰能力。光隔离器最重要的参数是电流传输比CTR，应注意通常其值为0.2～0.9。输入数字信号提供一定的电流（5～10mA）时，光隔离器才会把放大的数字电平输出。
光隔离器联结时注意信号正负逻辑。光隔离器的输入、输出端地线必须互相隔开，并且输入、输出端两个电源必须单独供电，否则，如果使用同一电源外部干扰信号可能通过电源串到系统中来。
3.3 复位电路设计
所谓复位，就是要让单片机以及单片机系统在正式工作前处于一种特定状态，只有以该状态为起点，随后的工作才可控制，系统才能够可靠性的工作。上电和复位电路如图3所示:
图3 复位电路
复位信号的产生有3种方式:外部复位电路上电或手动复位、监督定时器溢出复位、执行指令RST。监督定时器溢出产生复位信号和执行RST指令产生复位信号属于89C51内部复位控制逻辑，其前提是单片机已开始运行程序。比较实用的复位方式是上电复位。此种方法是从RESET脚连接一个合适的电容到地，每lμs时间需电容约1～2μF。电 |
