專利名稱：步進電機計算機控制模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及步進電機，具體地說是一種步進電機計算機控制模塊。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，工業(yè)上的執(zhí)行單元大多數(shù)為電動機驅(qū)動，如果要想執(zhí)行單元運動精度很高，多數(shù)采用步進電機驅(qū)動，這種電機體積較小，輸出轉矩較大，采用細分電路驅(qū)動后的步進電機在低速運轉時較平穩(wěn)，步進電機本身精度較高、價格低，多用于機械、紡織、化工、輕工的自動化控制和專用設備的自動控制。步進電機驅(qū)動器一般隨電機一起購買，但如何使用計算機控制步進電機就是一個主要解決的問題。由于在自動控制中計算機還有其他的工作，如何減少步進電機占用計算機的資源則是使用計算機控制步進電機的首要問題。
目前，使用計算機控制步進電機通常使用并行接口芯片8255擴充計算機的輸入輸出端口，計算機向8255發(fā)出命令控制步進電機的抱緊/旋轉、正轉/反轉、轉速幾個物理參數(shù)。包緊/旋轉、正轉/反轉可以通過高低電平的變化來改變，轉速則通過改變連續(xù)變化的高低電平速度來變化，這樣就可以精確的控制步進電機的轉動方向、角度和速度。由于步進電機有時會出現(xiàn)爬步現(xiàn)象，一般在執(zhí)行單元件上加一個反饋信號，傳送給8255直至到計算機的CPU，再由CPU發(fā)出命令控制步進電機追加或減少轉步，這樣就可以閉環(huán)控制步進電機的運動，使控制智能化。
然而，電機的轉動是通過高低電平的變化來實現(xiàn)的，也就是必須依靠CPU定時的向8255發(fā)出脈沖才能讓電機轉動，如果這中間計算機還需要運行其他程序或控制其它元件，則不能以準確的時間間隔向8255發(fā)出脈沖，這時電機表現(xiàn)出的現(xiàn)象為時快時慢，同時也會反過來影響計算機控制其它元件的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種在控制步進電機均勻轉動的同時不占用計算機CPU的資源，又能消除計算機運行其它程序時對步進電機的轉動影響的步進電機計算機控制模塊。
為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是由輸入部分插槽、地址選擇器、總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器，分頻部分分頻器、輸入信號驅(qū)動器及輸出部分第一～二脈沖發(fā)生器、控制器、屏蔽端口、電平轉換開關、輸出端口組成，其特征在于插槽采用標準62腳，將計算機主板系統(tǒng)時鐘信號作為輸入信號，經(jīng)分頻器接至輸入信號驅(qū)動器，并與地址選擇器相連；第一～二脈沖發(fā)生器輸入端分別來自輸入信號驅(qū)動器、總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器，控制器及地址選擇器，其輸出端接屏蔽端口、再經(jīng)輸出端口至步進電機驅(qū)動器；所述控制器輸入端來自總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器、輸入信號驅(qū)動器、地址選擇器，其復位端接插槽；在屏蔽端口和控制器之間設一電平轉換開關；地址選擇器由選擇開關、比較器、譯碼器組成，其中選擇開關設有排電阻，一端與插槽連接，另一端至比較器，譯碼器輸入信號為比較器及插槽，輸出分別至第一～二脈沖發(fā)生器及控制器。
本實用新型工作原理首先，由計算機的CPU通過地址端口選中本實用新型模塊及其第一～二脈沖發(fā)生器和控制器芯片，從計算機主板上取得系統(tǒng)時鐘，經(jīng)過分頻器進行分頻計數(shù)，這里可以使高頻率的信號分頻為頻率較低的、可以供步進電機使用的脈沖信號，輸入信號驅(qū)動器使信號增強供第一～二脈沖發(fā)生器使用，在控制器的控制下得到供用戶使用的脈沖信號，同時控制器還可以直接進行I/O的數(shù)據(jù)交換。
本實用新型具有如下優(yōu)點1.保證電機的均勻轉動。本實用新型采用分頻器、輸入信號驅(qū)動器等通過插槽直接接受計算機主板上的晶振脈沖，經(jīng)過分頻再由計算機的CPU向該模塊發(fā)出指令控制脈沖的頻率，從而控制步進電機的轉動速度，這樣就可以使步進電機在不受任何影響的條件下勻速轉動，使操作更加簡單、可靠。
2.節(jié)約計算機資源。采用本實用新型能使電機的轉動同時，保證計算機運行其他程序或控制其它元件，以準確的時間間隔向控制器8255發(fā)出脈沖，既對步進電機的轉動無影響，同時又不會反過來影響計算機控制其它元件的精度，不占用計算機資源。


圖1為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。
如圖1所示，本實用新型由輸入部分插槽ISA、地址選擇器、總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器U7，分頻部分分頻器U1、輸入信號驅(qū)動器U2及輸出部分第一～二脈沖發(fā)生器U8～U9、控制器U10、屏蔽端口U11、電平轉換開關U12、輸出端口U13組成，插槽ISA采用標準62腳，將計算機主板系統(tǒng)時鐘信號作為輸入信號從51腳取出，經(jīng)分頻器U1接至輸入信號驅(qū)動器U2，并經(jīng)端口A與地址選擇器相連，用以改變硬件地址；第一～二脈沖發(fā)生器U8～U9讀寫、數(shù)據(jù)、控制、地址端分別來自輸入信號驅(qū)動器U2、總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器U7、控制器U10及地址選擇器中的譯碼器U6，其輸出端接屏蔽端口U11、再經(jīng)輸出端口U13至步進電機驅(qū)動器；所述控制器U10數(shù)據(jù)、讀寫、地址端來自總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器U7、輸入信號驅(qū)動器U2、地址選擇器中的譯碼器U6，其復位端接插槽ISA，在屏蔽端口U11和控制器U10之間設一電平轉換開關U12；地址選擇器由選擇開關U4、比較器U5、譯碼器U6組成，其中選擇開關U4設有排電阻U3，一端與插槽ISA共地連接，另一端至比較器U5，譯碼器U6輸入信號為比較器U5、插槽ISA端口A信號，輸出分別至第一～二脈沖發(fā)生器U8～U9及控制器10，將其脈沖信號及輸入、輸出信號由輸出端口U13輸出。
本實用新型的工作過程是圖1所示的PC62為計算機主板的標準62腳插槽ISA，計算機通過地址端口A選中本實用新型，本實用新型從計算機主板的插槽ISA上取出系統(tǒng)時鐘，經(jīng)過分頻器U1進行分頻，再經(jīng)過輸入信號驅(qū)動器U2件總線驅(qū)動，把扇出系數(shù)提高，減少信號的損失，分別分配給第一～二脈沖發(fā)生器U8、U9的各個端口，這時計算機通過I/O端口向本實用新型發(fā)出指令(或讀或?qū)?，由總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器U7負責對I/O信號進行放大，計算機再次通過地址端口向本實用新型發(fā)出信號，經(jīng)過比較器U5濾出無關信號，由譯碼器U6選擇想要驅(qū)動的元件當選擇控制器U10時，譯碼器U6直接負責向輸出端口U13寫信號或從中讀信號，或由控制器U10的PB口分別控制第一～二脈沖發(fā)生器U8、U9、屏蔽端口U11，由于第一～二脈沖發(fā)生器U8、U9在上電的情況下，有自動輸出現(xiàn)象，所以這里通過對屏蔽端口U11的控制，可以避免第一～二脈沖發(fā)生器U8、U9這種狀態(tài)對外界的影響，同時也可以加大信號本身的帶載能力；當選擇第一～二脈沖發(fā)生器U8、U9時，第一～二脈沖發(fā)生器U8、U9分別從輸入信號驅(qū)動器U2得到脈沖信號，總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器U7得到控制字信號(即脈沖頻率信號)，控制器U10得到開關信號(即是否把脈沖發(fā)送出去的開關信號)，當控制器U10發(fā)出命令要求發(fā)送脈沖時，同時也打開屏蔽端口U11，這時把周期性的脈沖信號經(jīng)過輸出端口U13發(fā)送到所要控制的元件。
本實用新型通過地址選擇器中選擇開關U4的變化來改變板的硬件地址，實現(xiàn)在一臺PC計算機上同時連接多塊本實用新型模塊，增加了PC計算機對外界的控制端口數(shù)。
在本實用新型的一個實施例中，系統(tǒng)時鐘為210ns(1/4.77MHz)，以步進電機1.5度/步進行計算，步進電機最慢可以以0.071轉/分的速度轉動。
本實用新型所述分頻器U1采用74LS393芯片，輸入信號驅(qū)動器U2采用74LS125芯片，比較器U5采用74LS688芯片，譯碼器U6采用74LS139芯片，總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器U7采用74LS245芯片，第一～二脈沖發(fā)生器US～U9均采用8253芯片，控制器U10采用8255芯片，屏蔽端口U11采用芯片74LS365。
本實用新型可以根據(jù)其工作原理再增加第一脈沖發(fā)生器U8、控制器U10類芯片來增加他的控制路數(shù)；為了更好的減少外界對本實用新型的干擾，本實用新型亦可在輸出端口U13處加設光電隔離管，另外也可加設阻容抗干擾電路于每一器件電源處，以減少電磁干擾等等，這些變換均落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種步進電機計算機控制模塊，由輸入部分插槽(ISA)、地址選擇器、總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器(U7)，分頻部分分頻器(U1)、輸入信號驅(qū)動器(U2)及輸出部分第一～二脈沖發(fā)生器(U8～U9)、控制器(U10)、屏蔽端口(U11)、電平轉換開關(U12)、輸出端口(U13)組成，其特征在于插槽(ISA)采用標準62腳，將計算機主板系統(tǒng)時鐘信號作為輸入信號，經(jīng)分頻器(U1)接至輸入信號驅(qū)動器(U2)，并與地址選擇器相連；第一～二脈沖發(fā)生器(U8～U9)輸入端分別來自輸入信號驅(qū)動器(U2)、總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器(U7)，控制器(U10)及地址選擇器，其輸出端接屏蔽端口(U11)、再經(jīng)輸出端口(U13)至步進電機驅(qū)動器；所述控制器(U10)輸入端來自總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器(U7)、輸入信號驅(qū)動器(U2)、地址選擇器，其復位端接插槽(ISA)；在屏蔽端口(U11)和控制器(U10)之間設一電平轉換開關(U12)。
2.按照權利要求1所述步進電機計算機控制模塊，其特征在于地址選擇器由選擇開關(U4)、比較器(U5)、譯碼器(U6)組成，其中選擇開關(U4)設有排電阻(U3)，一端與插槽(ISA)連接，另一端至比較器(U5)，譯碼器(U6)輸入信號為比較器(U5)及插槽(ISA)，輸出分別至第一～二脈沖發(fā)生器(U8～U9)及控制器(10)。
專利摘要本實用新型公開一種步進電機計算機控制模塊,由輸入部分、分頻部分及輸出部分組成,其中:插槽采用標準62腳,將計算機主板系統(tǒng)時鐘信號作為輸入信號,經(jīng)分頻器接至輸入信號驅(qū)動器,并與地址選擇器相連;第一～二脈沖發(fā)生器輸入端分別來自輸入信號驅(qū)動器、總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器,控制器及地址選擇器,其輸出端接屏蔽端口、再經(jīng)輸出端口至步進電機驅(qū)動器;所述控制器輸入端來自總線數(shù)據(jù)信號驅(qū)動器、輸入信號驅(qū)動器、地址選擇器,其復位端接插槽;在屏蔽端口和控制器之間設一電平轉換開關。它能在控制步進電機均勻轉動的同時不占用計算機CPU的資源,又能消除計算機運行其它程序時對步進電機的轉動影響。
文檔編號G06F13/38GK2497363SQ01250728
公開日2002年6月26日 申請日期2001年9月17日 優(yōu)先權日2001年9月17日
發(fā)明者趙崇凌, 張利國 申請人:中國科學院沈陽科學儀器研制中心