一种步进电机的驱动控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种步进电机的驱动控制装置，包括用于接收上位机发送的电机控制命令及配置数据，当所述电机控制命令指示驱动电机时，根据所述配置数据输出步进电机脉冲信号的ＣＰＵ板，与所述上位机相连；用于根据所述步进电机脉冲信号输出驱动信号给外部的步进电机驱动器的接口板，与所述ＣＰＵ板和步进电机相连。本实用新型专利技术对上位机要求较低，能够降低成本和实现复杂度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及工控领域，具体涉及一种步进电机的驱动控制装置。
技术介绍
步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比， 而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率 即可获得所需速度。由于步进电机是借助它的同步转矩而启动的，为了不发生失步，启动频 率是不高的。为了充分发挥电机的快速性能，通常使电机在低于启动频率下启动，然后逐步 增加脉冲频率直到所希望的速度，所选择的变化速率要保证电机不发生失步，并尽量缩短 启动加速时间。为了保证电机的定位精度，在停止以前必须使电机从最高速度逐步减小脉 冲率降到能够停止的速度(等于或稍大于启动速度)。因此，步进电机拖动负载高速移动 一定距离并精确定位时，一般来说都应包括“启动-加速-高速运行(勻速)-减速-停止” 五个阶段，速度特性通常为梯形，如果移动的距离很短则为三角形速度特性，如图1所示。为实现这种加减速曲线，需要有大量的运算，如果采用动态算法更需要有高性能 的运算处理芯片和高速数据接口如PCI (外设组件互连标准)接口，在这种控制场合中就对 上位机有较高要求如工控主板，会增加系统价格和系统的复杂程度。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种步进电机的驱动控制装置，对上位机要 求较低，能够降低成本和实现复杂度。为了解决上述问题，本技术提供了一种步进电机的驱动控制装置，包括用于接收上位机发送的电机控制命令及配置数据，当所述电机控制命令指示驱动 电机时，根据所述配置数据输出步进电机脉冲信号的CPU板，与所述上位机相连；用于根据所述步进电机脉冲信号输出驱动信号给外部的步进电机驱动器的接口 板，与所述CPU板和步进电机相连。优选地，所述CPU板具体包括现场可编程门阵列FPGA ；RS232芯片，与所述上位机相连；单片机，用于通过所述RS232芯片和所述上位机进行通信、根据所述电机控制信 号控制所述FPGA ；所述FPGA用于根据所述单片机的控制输出步进电机脉冲信号。优选地，所述FPGA具体包括一个或多个寄存器组；各寄存器组包括用于保存所述配置参数的电机配置寄存器；用于指示电机的起停方式的电机控制寄存器，包括表示“脉冲方式”的值和表示“定位方式”的值；电机控制单元，与接口板相连，用于分别根据各组寄存器的值输出一路或多路步 进电机脉冲信号；IO控制单元，与接口板相连，用于接收输入的开关量。优选地，所述电机配置寄存器包括用于保存所述配置数据中的若干个频率等级各 对应的运行频率和要运行的脉冲个数的第一配置寄存器；所述电机控制单元具体包括用于保存当前频率等级的第一状态寄存器；第二状态寄存器，包括表示停止步进电机的值和表示启动步进电机的值；用于对输出的步进电机脉冲信号个数计数的第一计数器；用于当所述第一计数器的计数值等于当前频率等级对应的要运行脉冲个数时，复 位所述第一计数器，发送指示更改当前频率等级的信号的第一比较器；用于当收到所述更改当前频率等级的信号时，读取所述第二状态寄存器的值，如 果为表示启动步进电机的值，则递增所述第一状态寄存器中的当前频率等级，如果为表示 停止步进电机的值，则递减所述第一状态寄存器中的当前频率等级的读取电路；用于根据当前频率等级对应的运行频率输出步进电机脉冲信号的脉冲产生电路。优选地，所述电机配置寄存器还包括用于保存所述配置数据中的电机运行频率的 第二配置寄存器；所述电机控制单元还包括用于当所述当前运行频率等于所述第二配置寄存器保 存的电机运行频率时将所述第二状态寄存器的值置为表示停止步进电机的值的第二比较ο优选地，所述电机配置寄存器还包括用于保存最大脉冲数的第三配置寄存器；所述电机控制单元还包括用于对输出的步进电机脉冲信号计数的第二计数器；用于当该第二计数器的计数值等于所述最大脉冲数时将所述第二状态寄存器的 值置为表示停止步进电机的值，复位所述第二计数器的第三比较器。优选地，所述电机控制单元还包括用于读取所述电机控制寄存器的值，当为表示“定位方式”的值时使能所述第二比 较器，当为表示“脉冲方式”的值时使能所述第三比较器的选择器。优选地，所述电机配置寄存器还包括用于保存保护IO地址的第四配置寄存器；所述电机控制单元还包括用于判断所述IO控制单元接收的开关量中，所述保护 IO地址对应的值是否为表示“有效”的值，如果是则将所述第二状态寄存器的值置为表示停 止步进电机的值的判断器。优选地，所述电机配置寄存器还包括用于保存所述配置数据中的电机起停频率的 第五配置寄存器；所述读取电路将所述第一状态寄存器初始的当前频率等级置为对应的运行频率 等于所述电机起停频率的频率等级。优选地，所述电机控制单元还包括用于当所述第二状态寄存器的值为表示停止步进电机的值，并且所述第一状态寄存器中的当前频率等级对应的运行频率等于所述电机起停频率时，停止所述脉冲产生电 路、读取电路工作的第四比较器。本技术的技术方案适用于步进电机控制及IO控制系统中，利用静态步进电 机加减速曲线实现步进电机加减运动控制，能够以低成本实现对步进电机的驱动控制；其 优化方案同时可控制4路步进电机；本技术的另一优化方案自定义了基于RS232的通 讯协议，上位机只需要支持RS232 (如单片机)即可实现对步进电机的驱动控制。附图说明图1为现有技术中步进电机的加减速曲线图；图2为实施例一的步进电机的驱动控制装置的示意框图；图3为实施例一中步进电机加减速曲线；图4为实施例一中CPU板的示意框图；图5为实施例一中CPU板的地址映射示意图；图6为实施例一中电机配置寄存器MotorConf示意图；图7为实施例一中的电机控制单元的逻辑示意图。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本技术的技术方案进行更详细的说明。实施例一，一种步进电机的驱动控制装置，如图2所示，包括用于接收上位机发送的电机控制命令及配置数据，当所述电机控制命令指示驱动 电机时，根据所述配置数据输出步进电机脉冲信号的CPU板，与所述上位机相连；用于根据所述步进电机脉冲信号输出驱动信号给外部的步进电机驱动器的接口 板，与所述CPU板和步进电机驱动器相连；该接口板中搭建有针对具体应用的外围开关量、 IO通道及电机驱动电路，完成对步进电机的驱动控制。所述上位机还可以进一步用于生成IO操作命令；所述CPU板还可以进一步用于接收所述上位机生成的IO操作命令，并根据该IO 操作命令与所述接口板进行IO控制信号的交互，包括进行所述接口板中IO通道输入上传 和输出控制，以及读写配置数据等；所述IO操作命令包括10复用使能、中断使能。所述接口板还用于在所述CPU板的控制下进行开关量的控制，包括输出开关量和 输入开关量。本实施例中，所述CPU板和接口板可以但不限于通过20针板间连接器连接，实现 外围IO及电机驱动控制。本实施例中，所述CPU板可以但不限于通过RS232接口和所述上位机相连。本实施例中，所述上位机预先设定若干个(可以但不限于16个)频率等级 (0-15)，当步进电机需要启动时，使其频率按从频率等级0开始逐级上升最终到达给定的 所述电机运行频率，在该电机运行频率上运行；当步进电机需要停止时，使其频率从所述电 机运行频率逐级下降直到最终停止。这时需要指出的是所述电机运行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步进电机的驱动控制装置，其特征在于，包括：　　用于接收上位机发送的电机控制命令及配置数据，当所述电机控制命令指示驱动电机时，根据所述配置数据输出步进电机脉冲信号的ＣＰＵ板，与所述上位机相连；　　用于根据所述步进电机脉冲信号输出驱动信号给外部的步进电机驱动器的接口板，与所述ＣＰＵ板和步进电机相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兵，钟莲，隋娜，刘旭青，
申请(专利权)人：北京和利康源医疗科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]