[發明專利]一種步進電機控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201210045628.4
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102594236A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 田文杰
• 申請（專利權）人: 北京聯合大學
• 主分類號: H02P8/14
• 分類號: H02P8/14
• 代理公司: 北京馳納智財知識產權代理事務所(普通合伙) 11367
• 代理人: 謝亮;唐與芬

技術領域

本發明屬于步進電機控制技術領域，具體涉及一種步進電機控制系統及其控制方法，用于高校實驗室的電路實驗教學。

背景技術

目前在高校，實驗室建設蓬勃發展，實驗設備品種繁多，但相互之間沒有相關性，相互彼此獨立，比如單片機課程的實驗設備的主要是提供驗證性的實驗，讓學生學會使用單片機，而環形分配器主要是由觸發器、計數器和組合電路組成，這些電路實驗是數字電子技術課程開設的實驗，這兩種實驗設備分布在不同的實驗室，這就會造成設備利用率低，資源浪費，現有設備不能滿足學生的綜合設計能力。

當前在大學電氣專業，前期課程有數字電子技術，同學們做過觸發器、計數器，組合電路以及數據選擇器等實驗，后期有單片機課程，如果能夠設計綜合實驗，使前期課程和后期課程有很好的銜接，這樣使學生們既能學好當前知識又能鞏固前面的知識，同時還能進一步改善實踐教學效果。

目前在步進電機控制領域，環形分配器是個重要環節。目前環形分配器主要是由D觸發器及復雜的門電路組成，或者由計數器及復雜的門電路組成，它們最大的缺點是電路復雜，不實用。環形分配器可以通過單片機軟件來實現，也可以通過數字電路來實現，但很少見到采用軟硬件結合的方法來實現環形分配器的功能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種步進電機控制系統及其控制方法，采用軟件和硬件相結合的控制方法實現環形分配器的功能，控制步進電機的轉動，這是數字電子技術和單片機課程知識的結合，這樣的電路實驗教學鍛煉了學生們的綜合能力。

本發明首先涉及一種步進電機控制系統，包括步進電機、驅動電路、光電隔離電路、步進電機控制器，所述步進電機控制器包括環形分配器、速度設定電路、工作方式設定電路、節拍初始化電路、運行開關、運行指示電路，環形分配器通過單片機模擬D觸發器和數據選擇器實現。

優選的是，所述速度設定電路包括電位器PR1和電阻R1，電位器的中心抽頭與單片機U1的引腳（40）連接，為步進電機控制器提供速度設定信號，改變D觸發器同步信號的頻率值。

優選的是，所述工作方式設定電路采用撥碼開關DIP2，撥碼開關DIP2的兩個引腳分別與單片機U1的引腳（38）和引腳（39）連接，工作方式設定電路用于選定步進電機的步進拍數和步進方向,單片機U1的引腳（38）和引腳（39）對應數據選擇器的選擇輸入信號。

優選的是，所述節拍初始化電路采用撥碼開關DIP1，撥碼開關DIP1的六個引腳分別與單片機U1的引腳（23）、引腳（26）、引腳（27）、引腳（28）、引腳（29）以及引腳（33）連接，這六個引腳分別對應三個D觸發器的置位端和復位端，步進電機運行前首先設置撥碼開關DIP1的數值，撥碼開關DIP1的數值由步進電機的相數和拍數決定。

優選的是，所述運行開關采用單刀開關K1，單刀開關K1與單片機U1的引腳（19）連接，單片機U1的引腳（19）輸出頻率可調的脈沖信號，其可調頻率數值根據電位器PR1的值來確定，當單刀開關K1閉合時，單片機U1的引腳（19）與單片機U1的引腳（21）接通，單片機U1的引腳（21）是D觸發器同步信號，使得步進電機轉動并且速度可調。

優選的是，指示燈D3每秒閃爍一次表示單片機已經運行，指示燈D1閃爍表示單片機輸出同步信號正常。

優選的是，所述步進電機選用三相步進電機。

優選的是，所述單片機U1選用ATmega16。

優選的是，所述環形分配器包括三個D觸發器。

優選的是，所述環形分配器包括三個四選一數據選擇器。

優選的是，所述D觸發器具有74LS74芯片。

優選的是，所述數據選擇器具有74LS153芯片。

本發明的第二個方面涉及一種步進電機控制系統的控制方法，采用軟件和硬件相結合的控制方法實現環形分配器的功能，具體方法如下：

用D觸發器芯片和數據選擇器芯片設計環形分配器，調試成功后用單片機模擬D觸發器芯片和數據選擇器芯片，單片機同時還完成數據采集和處理的功能，單片機的引腳與D觸發器芯片和數據選擇器芯片的引腳相對應；

步進電機控制器的軟件模塊包括數據選擇器程序模塊、D觸發器程序模塊、節拍初始化程序模塊、秒定時程序模塊、速度設定程序模塊、單片機主程序模塊、中斷服務程序模塊，軟件模塊將經過處理的控制指令和參數發送到單片機，單片機完成數據的采集和處理，發出的控制信號通過驅動器驅動步進電機工作。