摘　要：敘述了基于PC/104和步進(jìn)電機(jī)的三軸轉(zhuǎn)臺控制器的設(shè)計和實現(xiàn)。該控制器采用PC/104作為中央處理器，系統(tǒng)兼容性好、擴(kuò)展能力強、軟件開發(fā)周期短;用48路強驅(qū)動數(shù)字輸出板（HSM-3221/3222）為I/O板設(shè)計接口電路，大多數(shù)邏輯均在PC/104內(nèi)實現(xiàn)，可靠性高、抗干擾能力強;對步進(jìn)電機(jī)的控制主要采用軟件控制的方式，控制簡單方便，節(jié)省資源。 關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī); PC/104; 轉(zhuǎn)臺控制器 1 前言 　　步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電設(shè)備中廣泛使用的一種電機(jī)，以控制、驅(qū)動裝置構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、工業(yè)過程控制及儀器儀表等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。過去由純電路設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)控制和驅(qū)動電路，往往電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用元器件多而成本高且通用性差。如果采用微型計算技術(shù)，以及軟件編程的方法，將會避免復(fù)雜電路的設(shè)計，降低元器件的成本，使步進(jìn)電機(jī)控制更具有通用性和靈活性。 　　我們本次設(shè)計的控制器是以PC/104作為步進(jìn)電機(jī)控制的一套系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對三軸轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角的有效控制。因此根據(jù)實際應(yīng)用的情況，我們將主要精力放在控制軟件的設(shè)計上。 2 系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 　　嵌入式計算機(jī)PC/104是近年來發(fā)展起來的一種新型計算機(jī)，由于使用方便，在各種控制系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用。它將一臺計算機(jī)集成為一塊體積很小的線路 板模塊，包括CPU、內(nèi)存、兩個RS-232串口，1個并口104總線;支持CRT/LCD顯示，以實時顯示系統(tǒng)運行狀態(tài);具有硬盤及軟驅(qū)接口;帶一定容量的Flash電子盤，存儲控制軟件及相關(guān)數(shù)據(jù);可方便地進(jìn)行高級語言編程由于高度集成化，大大簡化了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，提高了可靠性;裝備了操作系統(tǒng)，方便了軟件開發(fā);處理速度快，控制系統(tǒng)的實時性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的微處理器;另外可根據(jù)系統(tǒng)需要，方便地擴(kuò)展不同的接口板如A/D、D/A、I/O、Timer等，具有良好的擴(kuò)展性。系統(tǒng)采用PC/104，電路簡單可靠，結(jié)構(gòu)緊湊。對于不同型號的步進(jìn)電機(jī)的控制，不需改變硬件電路，通過修改軟件，即能實現(xiàn)多種控制，靈活方便，通用性強，成本低，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。 　　在接口電路中，我們采用48路強驅(qū)動數(shù)字輸出板 （HSM-3221/3222）作為I/O電路。HSM-3221/3222板是基于PC/104總線的48路強驅(qū)動數(shù)字輸出板。其輸出的最大電流達(dá)250mA。該48路數(shù)字I/O可分成兩組24路數(shù)字I/O，每組又分成三個8位接口。該板的核心芯片是82C55A。HSM-3222與HSM-3221不同之處在于其輸出端接有上拉電阻，電阻可根據(jù)實際需要選擇（如5.6K、10K等）。其軟件開發(fā)方式靈活方便，系統(tǒng)修改方便快捷，從而可以降低設(shè)計風(fēng)險。 　　本控制器是通過開環(huán)實現(xiàn)的，因此系統(tǒng)的硬件比較簡單，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個系統(tǒng)由PC/104、顯示器、鍵盤、HSM-3221/3222以及步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器組成。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　微機(jī)通過PC/104標(biāo)準(zhǔn)接口和接口電路連接，接口板由HSM-3221/3222和必要的外圍電路組成。它接受CPU發(fā)送的動作指令，并將這些指令轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的脈沖、方向信號，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器指揮步進(jìn)電機(jī)動作，從而完成帶動三軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動所要求的角度的任務(wù)。在此，計算機(jī)的操作系統(tǒng)我們選用DOS6.22，軟件開發(fā)環(huán)境使用TurboC2.0，它們占用的存儲空間都比較小。 　　在系統(tǒng)的控制上，采用主要由軟件來控制。在這種控制方式中，微機(jī)只需要向接口電路發(fā)送脈沖數(shù)、脈沖方向指令，并由接口電路轉(zhuǎn)發(fā)至步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器，來控制多臺步進(jìn)電機(jī)的運動控制。從而實現(xiàn)對三軸轉(zhuǎn)臺三個軸運動的控制。 3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 　　由于本控制器采用的是主要由軟件來控制的方式，因此這部分是此次設(shè)計的重點。進(jìn)行軟件控制的方式好處是易于修改，出現(xiàn)問題后易于發(fā)現(xiàn)與解決。從而具有較高的應(yīng)用前景。系統(tǒng)的軟件流程如圖2 所示。 　　整個程序主要由三個部分，即控制步進(jìn)電機(jī)的單向轉(zhuǎn)動，往返轉(zhuǎn)動以及歸零來控制轉(zhuǎn)臺的工作。在初始化中，由鍵盤輸入轉(zhuǎn)臺需要轉(zhuǎn)動的角度和速度，然后仍由鍵盤控制轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動方式。值得注意的是在往返運動中，“取原脈沖數(shù)＊2”是因為往返運動指的是在初始化中所輸入的角度的正負(fù)值之間進(jìn)行往返運動。 [align=center] 圖2 系統(tǒng)軟件流程圖[/align] 　　以下是在DOS環(huán)境下用TurboC2.0所編的源程序的主要部分： 　　以其中一軸為例，程序如下： 　　/＊————————計算步進(jìn)脈沖數(shù)：——————-＊/ 　　phy_num=（phy_yz-phy_dq）＊113; 　　if（phy_num<0） 　?。? 　　phy_right=0; 　　phy_num= - phy_num; 　?。? 　　else phy_right=1; 　　/＊————————-送脈沖數(shù)：————————-＊/ 　　for（;;） 　?。? 　　if（phy_num>0） 　?。? 　　if（phy_right==1） phy|=0x02; 　　else phy&=0xfd; 　　phy|=0x01; 　　outportb（base+0,phy）; 　?。? 　　delay（phy_sl）; 　　if（phy_num>0） 　?。? 　　phy&=0xfe; 　　outportb（base+0,phy）; 　　phy_num——; 　　if（phy_right==1） 　　phy_dq=phy_dq+1.0/113; 　　else phy_dq=phy_dq-1.0/113; 　?。? 　　/＊——————————-按任意鍵暫?！?＊/ 　　if（kbhit（）） break; 　　/＊————————計數(shù)到零，停止工作————————-＊/ 　　if（phy_num==0） 　　break; 　　｝ 　　經(jīng)過運行確定此控制器工作良好，達(dá)到設(shè)計要求。 4 結(jié)束語 　　本文介紹了一種采用PC/104和HSM-3221/3222為核心設(shè)計接口電路以及步進(jìn)電機(jī)的三軸轉(zhuǎn)臺控制器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)小巧緊湊，性能穩(wěn)定可靠，控制簡單高效，人機(jī)界面友好。該控制器在三軸轉(zhuǎn)臺的運動控制系統(tǒng)中使用，效果良好。 參考文獻(xiàn): 　　[1]　陳云，等?；贗SA總線的步進(jìn)電機(jī)控制器軟硬件實現(xiàn) 組合機(jī)床與自動化加工技術(shù) 2002（7）。 　　[2]　霍迎輝，陳宇翔。步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)和單片機(jī)控制[J]。電機(jī)電器技術(shù)，2003（3）。 　　[3]　楊樹國，等。多臺步進(jìn)電機(jī)的計算機(jī)控制及運動規(guī)劃[J]。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2000（3）。 　　[4]　侯書銘。HSM-3221/3222使用說明書。 基于PC/104和步進(jìn)電機(jī)的三軸轉(zhuǎn)臺控制器設(shè)計資料下載