微處理器智能步進(jìn)電機(jī)控制卡開發(fā)方案

3.2 RS-232通信接口電路設(shè)計(jì)

在單片機(jī)系統(tǒng)的通信中，RS-232和RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線應(yīng)用最為成熟。為了使運(yùn)動(dòng)控制器的適用范圍更加廣泛，配合PC的現(xiàn)有接口，我們選用RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器和PC的通信，其接口電路如圖3所示。在圖3中，選用MAX232作為系統(tǒng)的通信接口芯片。MAX232是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS-232發(fā)送/接收發(fā)器，適用于各種EIA-232E和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片可以把輸入的+5V電源變換成RS-232輸出電平所需的±10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以。

圖3 通信接口電路

MAX232外圍需要4個(gè)電解電容C1，C2，C3，C4是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容，其取值均為0.1μF/25V。C44為0.1μF的去耦電容。MAX232的引腳T1IN，T2IN，R1OUT，R2OUT為接TTL/CMOS電平的引腳。

引腳T1OUT，T2OUT，R1IN，R2IN為接RS-232C電平的引腳。因此TTL/CMOS電平的T1IN，T2IN引腳應(yīng)接MCS-51的串行發(fā)送引腳TXD;R1OUT，R2OUT應(yīng)接MCS-51的串行接收引腳RxD。與之對(duì)應(yīng)的RS-232C電平的T1OUT，T2OUT應(yīng)接PC機(jī)的接收端RD;R1IN，R2IN應(yīng)接PC機(jī)的發(fā)送端。

3.3 D/A轉(zhuǎn)換與V/I轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

本運(yùn)動(dòng)控制器需要對(duì)電主軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，對(duì)電主軸的控制通過(guò)其驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。電主軸驅(qū)動(dòng)器根據(jù)輸入的電壓或電流的大小來(lái)確定主軸的轉(zhuǎn)速，因此系統(tǒng)需要輸出0～5V的電壓或0～20mA的電流，必須將系統(tǒng)處理過(guò)的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量輸出。本控制器的D/A轉(zhuǎn)換主要由DAC0832芯片實(shí)現(xiàn)。DAC0832是8位微處理器兼容型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器芯片，是DAC0830系列的一種。DAC0832與微機(jī)接口方便，可以充分利用微處理器的控制能力實(shí)現(xiàn)對(duì)D/A轉(zhuǎn)換的控制，因此在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。

不同的電主軸驅(qū)動(dòng)器對(duì)輸入的信號(hào)有不同的要求，有的需要0～5V的電壓信號(hào)，有的需要0～20mV的電流信號(hào)，因此我們同樣設(shè)計(jì)了V/I轉(zhuǎn)換電路，使系統(tǒng)具備了電流信號(hào)的輸出，增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性。

3.4 開關(guān)信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì)

在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，常采用機(jī)械式開關(guān)和光電開關(guān)構(gòu)成開關(guān)信號(hào)輸入回路，通過(guò)開關(guān)的閉合或斷開，以電平的形式反映步進(jìn)電機(jī)的工況。這包括X，Y，Z軸限位;加工過(guò)程中對(duì)刀，X，Y，Z軸電機(jī)的回零操作等等[2-3]。

由于開關(guān)的機(jī)械式設(shè)計(jì)，觸點(diǎn)閉合或斷開時(shí)伴有機(jī)械抖動(dòng)，會(huì)使輸出信號(hào)波形出現(xiàn)振蕩。若將該信號(hào)輸入到微控制器的計(jì)數(shù)器中，會(huì)造成錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)而導(dǎo)致系統(tǒng)控制混亂。開關(guān)量的輸入干擾是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中客觀存在的問(wèn)題。因此在獲得開關(guān)信號(hào)后，我們必須對(duì)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行處理，使其成為單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后才能做出相應(yīng)的反應(yīng)。系統(tǒng)共提供了12路的開關(guān)信號(hào)接口，限位開關(guān)信號(hào)處理如圖4所示。

圖4 限位開關(guān)信號(hào)處理電路原理圖

在開關(guān)信號(hào)輸入CPU之前，首先用電容對(duì)其進(jìn)行濾波，抑制信號(hào)中的高頻分量。TPL光耦隔離實(shí)現(xiàn)了光電開關(guān)、限位開關(guān)信號(hào)和控制器之間的電平轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)不同回路間的隔離，保證了控制器電路不受來(lái)自開關(guān)信號(hào)電路的干擾。

3.5 硬件抗干擾技術(shù)

為了克服可能發(fā)生的各種干擾，保證系統(tǒng)能夠可靠的運(yùn)行，現(xiàn)有的抗干擾技術(shù)在硬件方面采取如下措施[4]：

①抑制電源干擾。傳導(dǎo)干擾通常由交流電源端引入系統(tǒng)內(nèi)部。為了抑制這種干擾，系統(tǒng)通常在交流進(jìn)線端串接入低通LC濾波器。這種方法在實(shí)際中己經(jīng)取得明顯效果，但為了抑制電源浪涌電壓的沖擊，系統(tǒng)還必須在電源線之間及電源線對(duì)地之間分別裝壓敏電阻。

②抑制傳輸線干擾。對(duì)于系統(tǒng)中傳輸距離較長(zhǎng)的線路通常選用屏蔽電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分的連接，以達(dá)到抗干擾的目的。在一些應(yīng)用環(huán)境比較惡劣的系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步抑制干擾，可采用光電隔離方式將系統(tǒng)控制部分與I/O口部分分開，并采用雙電源供電。

③盡量減小干擾造成的影響。通常的做法有：1)增加硬件看門狗電路。2)增加電壓監(jiān)測(cè)電路。3)選擇抗干擾能力較強(qiáng)的單片機(jī)系列。4)盡可能使用單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器而不使用外部總線連接這些器件。5)協(xié)調(diào)好電路中不同類型IC的電平匹配。6)數(shù)據(jù)總線和控制總線間形成板與板連接時(shí)，應(yīng)加總線驅(qū)動(dòng)器。