| 平面直角定位系统的电路设计
汪 梅 杨世兴 黄向慧(西安矿业学院710054)
摘 要 设计出以步进电动机拖动为核心的平面直角自动定位系统电路，其中包括单片机输出接口线路、光电耦合线路、驱动线路、直流电压源电路等。由缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及正反转控制门组成的步进电机控制器则用计算机软件替代。实验结果表明，系统的硬件线路简单，抗干扰能力强，系统性能达到设计要求。
叙 词 步进电动机定位系统单片微型机
1 引言
平面直角自动定位系统广泛应用于过程控制的各个领域。步进电机拖动的平面直角自动定位系统的主要特点1是能实现精确移位、精确定位、无积累误差，它一般应用于难度较大、要求精度高的绘图机或数控机床等系统中。单片机控制的步进电机拖动平面直角自动定位系统的主要优点是用软件替代由缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及正反转控制门组成的步进电机控制器，这不仅简化了硬件线路，降低了成本，而且大大提高了系统的可靠性。
系统所用步进电机为90BF003型反应式步进电机，相数为三相，步距角1. 50/30，直流电压60V，相电流5A．****静传矩1. 96Nm，****空载启动频率为1 500Hz，运行频率为800Hz，分配方式为三相6拍。
系统的工作过程是从键盘输入定点坐标(X，Y)后，软件控制X电机和Y电机的转动方向、转动步数，以达到平面直角自动定位的目的，也可以使电机反转到坐标原点。直流电压源电系统的硬件线路由单片机输出接口线路、光耦线路、驱动线路、直流电压源电路、步进电机及负载组成，图1为硬件线路框图。
2。单片机输出接口线路的设计
单片机输出接口线路如图2所示。单片机采用8031芯片。接口线路中采用8255的A口为输出口，PAO～PA2接X电机的三相，PA4～PA6接Y电机的三相，B口、C口为输入口。
3 光耦线路的设计
图3为单片机与电机的一相的连接图，图中光电隔离电路的目的是隔断驱动电路与单片机之间的联系，避免一旦驱动电路发生故障造成功率放大器中的高电平信号进入单片机而烧毁器件。为此，在驱动器与单片机之间加一级以4N25为主要元件的光电隔离电路，从而提高了系统抗干扰的能力。
4 驱动线路设计
在驱动线路（即功率放大电路）中，采用达林顿管TIP122作为驱动电路的主要器件。当PA=1时，发光二极管不发光，因此光敏三极管截止，达林顿管TIP122导通，A相控制绕组通电。反之，当PA=0时，经反相后，使发光二极管发光，光敏三极管导通，达林顿管TIP122截止，A相控制绕组不通电，如图3所示。
5直流电压源电路
直流电压源电路的要求是Ufz= 60V， 因此整流桥选择BP82、滤波电容C=4 700UF、R-120。
直流电压源电路如图4所示。
6 程序的设计
系统软件设计的主要任务是，从接收的平面坐标点的值判断电机的旋转方向，按顺序发出控制脉冲，判断电机是否运行至定位点。两台电机的控制完全类似，电机正转的控制脉冲是，A-AB-B-BC-C-CA，反转控制脉冲顺序与之相反。产生时序脉冲的方法是用单片机的接口芯片8255的PA.o、PA.1、PA.2分别控制X电机的A、B、C三相绕组，PA,4、PA.5、PA.6分别控制Y电机的A、B、C三相绕组。根据三相6拍运行方式，设计出X电机和Y电机的控制模型[2]，如表1和表2所示。
功能键设置：PB0=1为正常运转，PB0=o为电机暂停；Pco=l为电机正转、Pc0=0为电机反转。系统程序包括主程序、正转子程序、反转子程序、延迟子程序。
7 实验结果及结论
软件调试时，用示波器观察单片机产生的脉冲波形，示波器显示X电机、Y电机的A、B、C三相脉冲波形，如图5所示。
联机整体调试，运行全都程序，系统实现正转、反转、暂停等自动定位功能。
实验证明电路性能良好，结构简单。研制的电路为三维立体定位系统的研究奠定了良好的基础，并具有广泛的应用前景。
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