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基于计算机并口的步进电机控制系统设计

论文作者:计算机论文
发表时间:2017-2-7

【摘要】本文提出了一种基于计算机并口的步进电机的控制方法,精确实现对步进电机旋转方向、转速及步距数的控制,用计算机并行口与步进电机进行通信,具有传输率高、低成本的特点。本文对步进电机控制系统的驱动电路进行了设计;并提出了克服Windows系统对并口直接访问的限制的方法,在WindowsXP平台上实现对步进电机的控制。
  【关键词】步进电机控制  计算机并行口
   国外在大功率的工业设备驱动上,目前基本不使用大扭矩步进电动机,但是国外在小功率的场合,如工业器材、工业生产装备、打印机、复印件、速印机、银行自动柜员机,还是广泛的使用步进电机。
   步进电机是一种简易的开环控制,步进电机具有快速启动和停止的能力,它的步距角和转动速度不受电压波动和负载变化的影响,也不受环境条件如温度、湿度、冲剂、振动等的影响,仅与驱动频率有关。它每转一周都有固定的步数,在不超载和延时合适的情况下,不会产生失步,其步距误差不会长期积累。步进电机不需位移传感器就可精确定位,所以在精确定位系统中应用广泛。
   一、步进电机的控制系统设计
   本次设计中使用的步进电机为12V的四相步进电机。四相步距电机的控制方法有四相单四拍,四相单、双八拍和四相双四拍三种控制方式。本系统中采用的是四相单四拍控制方法按照四相单四拍控制方法,电机正转时的控制顺序为A→B→C→D→A。I/O 的高四位的值参见表1。
  表1
  
  
  
  
  
  二、计算机并口引脚设计定义
   标准的Centronics并行接口,可实现单字节的高速数据传输。接口插座为DB-25针型插座,其引脚序号如图1所示。
  
  图1  计算机并口引脚序号
  
  图2  计算机并口引脚的定义
  并口引脚信号的定义如图2所示,并行接口输出的是TTL标准的逻辑电平,输入信号也要符合TTL标准。这种特性可以使接口容易应用在电子设计中。大部分的PC并行接口能吸收和输出12mA左右的电流,如应用时小于或大于这个值,应使用缓冲电路。在于计算机进行对接时候,电缆的最大长度是2m,最好使用带屏蔽线的双绞线电缆(每一对双绞线中,一根是信号线,另一根是用于屏蔽的地线)。
  三、系统硬件设计
   此控制系统,用数据端口D0―D7中的D0、D2、D4、D6也就是D型25针公头的第2、4、6、8针脚作为数据输出,第18―25针脚全部接地。由于并行口输出电平与TTL兼容,因此从硬件上来说从并行口出来家驱动后可直接控制步进电机,其他交由软件完成。
   本次设计对步进电机的驱动是用4个三极管来完成的。在单片机控制步进电机中以2803A驱动,2803可以完成最大500mA的灌电流,而并口输出电平大约在1.8V左右,并口输出不能直接接入三极管而必须加电阻,笔者采用8050NPN型三极管,放大倍数大约为170,由此可计算出并口与三极管间接入2K电阻。硬件电路如图3所示。
  
   图3  计算机控制的硬件电路图
   并行口直接控制步进电机最大的难点在于如何在WindowsXP下访问并行端口。在DOS,Windows95/98系统里可以在VC++6.0环境下使用_outp()的API函数直接访问端口,但是由于基于系统安全的考虑WindowsXP不能直接获得端口的访问访问权限,所以只有通过第三方软件来实现对并行口的控制。使用Borland C++Bilder 6.0作为操作平台,通过编写访问打印口的TParallelPort 类(见附录B),这个类通过Yariv Kaplan的WinIo实现的底层操作。执行程序(见附录C),此程序实现了从D0―D7循环输出高电平,使4个三极管顺序循环导通取动步进电机四相,步进电机的计算机并口控制就实现了。
  四、总结
   进电机是机电一体化产品中的关键组件之一,是一种性能良好的数字化执行元件。随着计算机应用技术、电子技术和自动控制技术在国民经济各个领域中的普及与深入,步进电机的需要量越来越大。业内对步进电机的需求同样也与日俱增。实际工作中,很多工程技术人员和技术工人都希望比较全面地了解步进电机及其控制技术。
  
  Abstract:This paper puts forward a kind of stepping motor control method based on computer parallel port, accurately realize the stepper motor rotation direction, speed and interval number control, communicate with computer parallel port and the stepper motor, has the characteristics of high transmission rate, low cost. In this paper, the drive circuit of stepping motor control system design; And put forward to overcome the limitation on the parallel direct access to the Windows system approach, on the Windows xp platform to realize control of the stepper motor.
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