一種直接采用計算機串行口控制步進電機的新方法

1.3 串口控件法

用VB及VC++編程時，可用控件對串行口進行編程。這種方法通用性好，在Windows、Windows NT、Windows2000及Windows XP等平臺下都能正常工作。在VB中，使用MSCOMM控件；在VC++下使用Microsoft Communication Control這一ActiveX類控件。串口控制使用方法請參考MSDN。

2 串行口步進電機控制器工作原理

2.1 串行口發送數據過程研究

在串行口發送數據的過程中，串行口先發送起始位（邏輯0）進行同步，接著按規定的波特率（B）從低位到高位依次發送通訊數據的各二進制位，最后發送停止位（邏輯1）。表示每個二進制位的邏輯電平在TXD端的保持時間為1/B秒。如果按8位數據位、1位停止位、無奇偶校驗方式發送數據，所發送數據的二進制位是0、1交替的。例如：數據取01010101（即16進制的16#55），其發送過程如圖2中5所示，每發送一個字節，在TXD端發出5個脈沖，周期T=2/B，即頻率f=B/2。改變發送數據的各二進制位，便可在TXD端得到不同的波形。圖2示出欲產生1～5個脈沖時應發出的數據及對應的波形。

2.2 串行口步進電機控制器工作原理

通過分析串行口發送數據的過程可知，從TXD端所發出的脈沖完全滿足控制步進電機的需要：

①改變發送的字節數及所發送的字節內容，可在TXD端產生任意數量的脈沖；

②改變波特率可動態改變發送脈沖的頻率。

所以，可用TXD作為控制步進電機的脈沖信號（Pulse）。

串行口的DTR、RTS、CTS、DSR、CD、RI雖然在串行通訊接口中被定義為不同功能的握手信號，但通過對8520的分析可知，它們均可作為一般的I/O量使用，而且不論采用哪種編程方法，都能很方便地對這些信號進行讀寫操作。若以DTR（或RTS）作為方向控制信號（Dir），同時分別以CD、DSR、CTS、RI作為狀態檢測信號（CWL、CCWL、ORG等），則僅用一個串行口就已提供了步進電機控制器需要的所有信號。正是基于此原理，我們開發了串行口步進電機控制器，并成功應用在板材多點成形設備的控制系統中。由于串行口已直接提供了控制步進電電機所需的所有信號，只需將各信號由RS232電平變成TTL電平即可。常用的電平轉換器件有DS1488、DS1489、MAX232等[5]。用計算機串行口開發的步進電機控制器工作原理如圖3所示。

3 軟件設計及計算

為避免電機失步和提高電機運行速度，將步進電機運行過程為分三個階段：低速起動并加速、高速運行、減速并停止；相應地控制脈沖也分為：升頻、高頻、降頻三段[6]，如圖4所示。

在用串行口發送數據產生控制脈沖時，雖然通過改變所發字節內容的辦法能產生1～5中間任意個數的脈沖，但若發送一個字節所字節的脈沖少于5個，后面接著發送數據產生的脈沖時，兩個字節銜接時所產生的脈沖頻率和占空比均會產生波動。為使電機運行的三個階段能平滑過濾，需要對每個階段的脈沖數量進行調整，使Ⅰ、Ⅱ兩個階段的步數均為5的整數倍（分別為n1×5、n2×5）；將非5整數倍的步數安排在減速停車的Ⅲ階段，發出脈沖數為n3×5+Δp，其中Δp=(1～4)。這可通過改變Ⅲ階段發送的最后一個字節內容實現任意數量的脈沖輸出。產生1～4個脈沖應發送的數據分別為16#FF、16#FB、16#F5、16#D5。