基于單片機的步進電機開環控制系統
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(2) 光電隔離電路
利用光隔離器組成的光電隔離電路將控制器與外部的驅動電路隔離開來,使得外部電路的變化不至于影響或者損壞控制系統,從而提高系統
的可靠性,增強抗千擾能力。光隔離器最重要的參數是電流傳輸比CTR,通常其值為0. 2～0. 9。輸入數字信號提供一定的電流(5～10 mA)時,光
隔離器才會輸出放大的數字電平。
光隔離器連接時注意信號正負邏輯。光隔離器的輸入、輸出端地線必須互相隔開,并且輸入、輸出端兩個電源必須單獨供電;如果使用同一電源,外部干擾信號可能通過電源串到系統中來。
(3) 存儲模塊
89C51單片機片內只有128 B的RAM,而本系統中需要存儲的數據較多,需擴展外部RAM。
(4) 步進脈沖產生電路
在采用單片機的步進電機開環系統中,控制系統的CP脈沖的頻率或換向周期實際上是控制步進電機的運行速度。系統可用兩種辦法實現步
進電機的速度控制:一種是延時,一種是定時。
延時方法是在每次換向之后調用一個延時子程序,待延時結束后再次執行換向,這樣周而復始就可發出一定頻率的CP脈沖或換向周期。延時子程序的延時時間與換向程序所用的時間和就是CP脈沖的周期。該方法簡單,占用資源少,全部由軟件實現,調用不同的子程序可以實現不同速度的運行;但占用CPU時間長,不能在運行時處理其他工作,因此只適合較簡單的控制過程。
定時方法是利用單片機系統中的定時器定時功能產生任意周期的定時信號,從而可方便地控制系統輸出CP脈沖的周期。當定時器起動后,定時器從裝載的初值開始對系統及其周期進行加計數;當定時器溢出時,定時器產生中斷,系統轉去執行定時中斷子程序。將電機換向子程序放在定時中斷服務程序中,定時中斷一次,電機換向一次,從而實現電機的速度控制。由于從定時器裝載完重新起動開始至定時器申請中斷止,有一定的時間間隔,造成定時時間增加。為了減少這種定時誤差,實現精確定時,要對重裝的計數初值作適當調整。調整的重裝初值主要考慮兩個因素:一是中斷響應所需的時間;二是重裝初值指令所占用的時間,包括在重裝初值前中斷服務程序中的其他指令因素。綜合這兩個因素后,重裝計數
初值的修正量取8個機器周期,即要使定時時間縮短8個機器周期。
用定時中斷方式控制電動機變速時,實際上是不斷改變定時器裝載值的大小。在控制過程中,采用離散辦法逼近理想升降速曲線。為了減
少每步計算裝載值的時間,系統設計時就把各離散點的速度所需的裝載值固化在系統的ROM中,系統在運行中用查表法查出所需的裝載值,這
樣可大幅減少占用CPU的時間,提高系統的響應速度。其流程圖如圖4所示。
圖4 加減速控制流程圖
1. 2 步進電機驅動電路
步進電機驅動電路由專用芯片L297、L298組合而成。L297單片步進電機控制集成電路適用于雙極性二相步進電機或四相單極性步進電機
的控制,與H橋式驅動芯片L298組合成完整的步進電機固定斬波頻率的PWM恒流斬波驅動器。
L297步進電機控制集成電路產生四相驅動信號,用以控制雙極性二相步進電機或四相單極性步進電機,可以采用半步、二相勵磁和單相勵磁
3種方式的切換。使用L297的突出特點是外部只需時鐘、方向和工作方式3 個輸入信號,同時L297自動產生電機勵磁相序,減輕了微處理器控
制和編程負擔。L297具有D IP20和SO20 2種封裝形式,可用來控制集成橋式驅動電路或分立元件組成的驅動電路。
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