摘　要：敘述了基于PC/104和步進電機的三軸轉(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;對步進電機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：步進電機; PC/104; 轉(zhuǎn)臺控制器 1 前言 　　步進電機是機電設(shè)備中廣泛使用的一種電機，以控制、驅(qū)動裝置構(gòu)成的步進電機伺服系統(tǒng)在經(jīng)濟型數(shù)控機床、機器人、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)計的步進電機控制和驅(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，使步進電機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作為步進電機控制的一套系統(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PC/104是近年來發(fā)展起來的一種新型計算機，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，方便地擴展不同的接口板如A/D、D/A、I/O、Timer等，具有良好的擴展性。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電機的控制，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以及步進電機及其驅(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，通過步進電機驅(qū)動器指揮步進電機動作，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)至步進電機的驅(qū)動器，來控制多臺步進電機的運動控制。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，即控制步進電機的單向轉(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值之間進行往返運動。 [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; 　?。? 　　/＊——————————-按任意鍵暫停————————————-＊/ 　　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電機的三軸轉(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: 　　[1]　陳云，等?；贗SA總線的步進電機控制器軟硬件實現(xiàn) 組合機床與自動化加工技術(shù) 2002（7）。 　　[2]　霍迎輝，陳宇翔。步進電機的微機和單片機控制[J]。電機電器技術(shù)，2003（3）。 　　[3]　楊樹國，等。多臺步進電機的計算機控制及運動規(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和步進電機的三軸轉(zhuǎn)臺控制器設(shè)計資料下載