基于89C55和GAL16V8,MC1413的步進電機驅動器的設計

　　引言

　　步進電機廣泛應用于對精度要求比較高的運動控制系統(tǒng)中，如機器人、打印機、軟盤驅動器、繪圖儀、機械閥門控制器等。目前，對步進電機的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器體積比較大，同時由于分散器件的延時，其可靠性大大降低；軟件環(huán)形分配器要占用主機的運行時間，降低了速度；專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器集成度高、可靠性好，但其適應性受到限制，同時開發(fā)周期長、需求費用較高。
　　
　　89C55和GAL16V8

　　89C55是Atmel公司的低電壓，高性能CMOS 8 位單片機，片內含20k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，引腳兼容工業(yè)標準 89C51和89C52芯片，采用通用編程方式，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內置功能強大的微處理器的AT89C55可提供許多高性價比的解決方案，適用于多數(shù)嵌入式應用系統(tǒng)。

　　通用陣列邏輯GAL是美國Lattice公司研制的一種電可擦除的可編程的新型PLD器件。近幾年來，GAL以其高性能、高可靠性、可擦除及輸出邏輯結構可組態(tài)等特性和100％的成品率，博得廣大用戶的信賴。它可以用來構成譯碼器、優(yōu)先級編碼器、多路開關、比較器、移位寄存器、計數(shù)器、總線仲裁器等。采用GAL16V8器件對兩相和四相混和式步進電機進行控制，不僅簡化了系統(tǒng)的結構，降低了成本，而且編程靈活方便，提高了系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)具有更強的適應性。
　　
　　硬件設計

　　本設計選用GALl6V8為環(huán)形脈沖分配器和MC1413(國產(chǎn)型號為5G1413)七路達林頓驅動器陣列。最大驅動電流可以達到500mA.通常應用時是把負載步進電機的一端接到VDD(12V)上,另一端接到輸出引腳上,如16腳。了防止程序進入死循環(huán)，增加了外部的硬件看門狗定時器MAX813L，其內部的看門狗定時器監(jiān)控UP/UC的工作。如果在1.6s內未檢測到其工作，內部的定時器將使看門狗輸出WDO處于低電平狀態(tài)，WDO將保持低電平直到在WDI檢測到UP/UC的工作。將WR和WDO連接可使看門狗超時產(chǎn)生復位。具體硬件電路如圖1所示。

　　軟件設計

　　通常，步進電機的脈沖控制是由邏輯電路實現(xiàn)的。在計算機控制的系統(tǒng)中，也可以通過編制程序，由擴展I／O口輸出脈沖來決定電機的運行方式、方向及轉速。這種方式電路簡單、控制靈活，但占用CPU的時間過多，每次驅動電機時，PC機都得被占用。GAL器件有多種型號，根據(jù)設計的需要，同時從經(jīng)濟的角度考慮，選用GALl6V8來實現(xiàn)四相混和式步進電機進行控制。使用ABEL語言編程，原碼如下：

module motor
title
Operation of the simulator on devices with
motor
　　 DATA I/O Corp. 21 10 2002
　　 FB1 device 'P16V8R';
　　 D1,D2,D3,D4 pin 2,3,4,5;
　　 F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8 pin
19,18,17,16,15,14,13,12;
　　equations
　　 F8 = D1D2D3D4;
　　 F7 = D1D2D3!D4;
　　 F6 = D1D2!D3D4;
　　 F5 = D1D2!D3!D4;
　　 F4 = D1!D2D3D4;
　　 F3 = D1!D2D3!D4;
　　 F2 = D1!D2!D3D4;
　　 F1 = D1!D2!D3!D4;
end motor。

　　設置軟件陷阱

　　當程序進入到非程序區(qū)，只要在非程序區(qū)設置攔截措施，使程序進入陷阱，然后強迫程序回到初始狀態(tài)。如對CPU的RST指令對應的字節(jié)碼為 0FFH，如果不用的程序存儲區(qū)預先寫入0FFH，則當程序因干擾而“飛”到該區(qū)域執(zhí)行代碼時，就相當于執(zhí)行1條RST指令，從而達到系統(tǒng)復位的目的。

　　程序流程圖如圖2。

　　匯編原碼如下：

　　MOV120: MOV R3,#51H
　　MOV121: LCALL MOV124 ；12
行前進程序1
　　 DJNZ R3,MOV121
　　 MOV P1,#0H ；電機矢電
　　MOV R0,#100
　　RD08: LCALLDELY
　　DJNZ R0,RD08
　　MOV80: MOV R3,#13H
　　 MOV 2CH,#7 ；8列前進程
序1
　　MOV81: LCALL MOV84
　　 DJNZ R3,MOV81
　　 MOV P1,#0H ；電機矢電
　　 MOVR0,#10H
　　RD09: LCALLDELY ；測量單
孔程序
　　 DJNZR0,RD09
　　 SETBET0； 開定時器0
　　LCALLCOTP ； 單孔測量程序
　　CLRET0；關定時器0
　　LCALLQUIT
　　INC2DH
　　LCALLD10MS ；延時1毫秒
　　LCALLD10MS ； 延時1毫秒
　　MOV85: MOV R4,#0CH ；8列前
進程序2
　　MOV83: LCALL MOV86
　　 DJNZ R4, MOV83
　　 MOV P1,#0H
　　 MOV R0,#10H
　　RD03: LCALLDELY
　　DJNZR0,RD03
　　 SETBET0；開定時器0
　　LCALLCOTP；單孔測量程序
　　CLR ET0 ；關定時器0
　　LCALLQUIT
　　INC2DH
　　LCALLD10MS；延時1毫秒
　　LCALLD10MS
　　 DJNZ 2CH,MOV85 ；測量,循
環(huán)7次,
　　 CJNE R7,#1,RD02 ；判斷測量
是否完畢
　　 POP07H
　　SETB P3.3 ；P3.3=1
high voltage = 450V
　　LCALL BK080 ；測量行列
完畢,返回初始位置程序
　　LCALL BK120
　　LCALL LOCKOFF
　　RD02: LCALLBK080 ；8列后
退程序
　　 MOVR0,#250
　　RD0A: LCALLDELY
　　 LCALL DELY
　　　　　DJNZR0,RD0A
　　RD01: MOV R5,#0BH
　　MOV123: LCALL MOV125 ；12行
前進程序2
　　 DJNZ R5,MOV123
　　 MOV P1,#0H ；電機矢電
　　 MOVA,R7
　　MOV2DH,#0
　　INC2EH
　　DJNZR7,MOV80 ；循環(huán)行數(shù)次
　　
　　結語

　　采用此設計的步進電機驅動系統(tǒng)，運動平穩(wěn)，速度快，控制精度高，該產(chǎn)品已應用于哈爾濱思創(chuàng)生物的單光子分析計數(shù)儀的驅動系統(tǒng)。