微處理器智能步進電機控制卡開發(fā)方案
3.2 RS-232通信接口電路設計
在單片機系統(tǒng)的通信中,RS-232和RS-485標準總線應用最為成熟。為了使運動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標準總線來實現(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個電解電容C1,C2,C3,C4是內(nèi)部電源轉換所需電容,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引腳應接MCS-51的串行發(fā)送引腳TXD;R1OUT,R2OUT應接MCS-51的串行接收引腳RxD。與之對應的RS-232C電平的T1OUT,T2OUT應接PC機的接收端RD;R1IN,R2IN應接PC機的發(fā)送端。
3.3 D/A轉換與V/I轉換電路設計
本運動控制器需要對電主軸的轉速進行控制,對電主軸的控制通過其驅動器來實現(xiàn)。電主軸驅動器根據(jù)輸入的電壓或電流的大小來確定主軸的轉速,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)處理過的數(shù)字量經(jīng)D/A轉換變成模擬量輸出。本控制器的D/A轉換主要由DAC0832芯片實現(xiàn)。DAC0832是8位微處理器兼容型數(shù)/模轉換器芯片,是DAC0830系列的一種。DAC0832與微機接口方便,可以充分利用微處理器的控制能力實現(xiàn)對D/A轉換的控制,因此在實際中得到了廣泛的應用。
不同的電主軸驅動器對輸入的信號有不同的要求,有的需要0~5V的電壓信號,有的需要0~20mV的電流信號,因此我們同樣設計了V/I轉換電路,使系統(tǒng)具備了電流信號的輸出,增強了系統(tǒng)的適應性。
3.4 開關信號輸入電路設計
在步進電機運動過程中,常采用機械式開關和光電開關構成開關信號輸入回路,通過開關的閉合或斷開,以電平的形式反映步進電機的工況。這包括X,Y,Z軸限位;加工過程中對刀,X,Y,Z軸電機的回零操作等等[2-3]。
由于開關的機械式設計,觸點閉合或斷開時伴有機械抖動,會使輸出信號波形出現(xiàn)振蕩。若將該信號輸入到微控制器的計數(shù)器中,會造成錯誤的計數(shù)而導致系統(tǒng)控制混亂。開關量的輸入干擾是系統(tǒng)設計中客觀存在的問題。因此在獲得開關信號后,我們必須對開關信號進行處理,使其成為單片機可以識別的數(shù)字信號后才能做出相應的反應。系統(tǒng)共提供了12路的開關信號接口,限位開關信號處理如圖4所示。
圖4 限位開關信號處理電路原理圖
在開關信號輸入CPU之前,首先用電容對其進行濾波,抑制信號中的高頻分量。TPL光耦隔離實現(xiàn)了光電開關、限位開關信號和控制器之間的電平轉換,并實現(xiàn)了兩個不同回路間的隔離,保證了控制器電路不受來自開關信號電路的干擾。
3.5 硬件抗干擾技術
為了克服可能發(fā)生的各種干擾,保證系統(tǒng)能夠可靠的運行,現(xiàn)有的抗干擾技術在硬件方面采取如下措施[4]:
①抑制電源干擾。傳導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)通常在交流進線端串接入低通LC濾波器。這種方法在實際中己經(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地之間分別裝壓敏電阻。
②抑制傳輸線干擾。對于系統(tǒng)中傳輸距離較長的線路通常選用屏蔽電纜來實現(xiàn)系統(tǒng)各部分的連接,以達到抗干擾的目的。在一些應用環(huán)境比較惡劣的系統(tǒng)中,為了進一步抑制干擾,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)測電路。3)選擇抗干擾能力較強的單片機系列。4)盡可能使用單片機的內(nèi)部程序存儲器和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲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,應加總線驅動器。
評論