步進電機的（de）並口控製研究

步進電機廣泛應用於數控機床、醫療器械、儀器儀表等各類控製設備中，它的（de）旋（xuán）轉是以（yǐ）固定的角度一步步運行的，其主（zhǔ）要特點是沒（méi）有積累誤差，可（kě）以做到100%精確控製，所以（yǐ）在各種開環控製係統有著廣泛的應（yīng）用。步進電機的控製方（fāng）法有許多種，有（yǒu）集（jí）成一體化（huà）的獨立控製器形式，也（yě）有依附於計算機擴展槽的各種（zhǒng）控製卡（kǎ）形式，但對於以微型計算機為核心的小型係統而言，可直接采用微機已（yǐ）有的端（duān）口資源，特別是（shì）並行端（duān）口，實現步進電機（jī）的運行控製。這種控製方法，一則（zé）無需另增硬件設備，節省設備成本；二是不占用ISA或PCI擴展槽（cáo），節省計算機資源；三是控（kòng）製靈活，編程方（fāng）便，不失為一個理想的選擇。

1步進電機（jī）的基本（běn）控製原理步進電機是一種將電脈（mò）衝轉化為角位移的執行機（jī）構，每輸入一個脈衝信號，電機就轉過一定（dìng）的角度（有的步進（jìn）電動機可以直接輸出線位（wèi）移，稱為直線電動機）。由於（yú）反應式步進電機有較高的性能價格比，應用也非常廣泛（fàn），因此，本文主要（yào）介紹反應（yīng）式步進電（diàn）機的控製原理（lǐ）和並（bìng）口控製方法（fǎ）。

以單三拍工作方式為例，步進（jìn）電機的（de）結構原理圖如（rú）所步（bù）進電機的基本轉動原理是：給處於錯齒處狀態的（de）相通電，轉子（zǐ）會在電磁力的作用下，向磁導率最大（或磁（cí）阻最小）的位（wèi）置轉動，即向趨於對齒的狀態轉動。設A相首先通電（B、C兩（liǎng）相不通電），產生A-A軸（zhóu）線方向的磁通，並通過轉子形成閉合回（huí）路。這時A、A極就成為電磁鐵的N、S極。在磁場的作用（yòng）下，轉子總是力圖轉到磁阻是小的位置，也就是要轉到轉子的齒對（duì）齊A、A極的位置（a）；接著B相通電（A、C兩相不通電），轉子順時針方向轉過30；然後C相通（tōng）電（diàn）（A、兩相不通電），它的齒和C、C'極對齊（qí）（c）。

如果按A*…的順序通（tōng）電，則電機轉子便逆時針方向轉動。

步進電動機的轉動，即其A相（xiàng）、B相、C相控製繞（rào）組（zǔ）按照（zhào）特定的順（shùn）序通電，需要一個與之相匹配（pèi）的驅動電路（如所示），該電（diàn）路又要受輸入的電脈衝控製，這種電脈衝可以是開關量，也可以是數字量，在我們研（yán）製的小型計算機控製係統中，這一數字量由計算機並口給出。由並口輸（shū）出一個控製電脈衝，步進電機就走過一步，即轉過（guò）一個/步距角“，直至按控製要求轉到相應的設計角度。因此，步進電動機及其驅動電（diàn）路是（shì）一個互相聯係的整體，步進電（diàn）動機的運行性能（néng）是電動機和（hé）驅動電路兩者（zhě）配合所形成的綜合效果，其轉過的角度受外部輸入（rù）的電脈衝數的控製，這就是（shì）步進電機的基本控製原理。

2並口的端口定義與（yǔ）設置並（bìng）行端口是（shì）一般微機的標準（zhǔn）接口，共（gòng）有25芯，能同時通過8條數據線（xiàn）傳輸信息，一次傳輸（shū）一（yī）個字（zì）節，通常用於需（xū）八位數據傳輸的（de）打印機、繪圖儀等多種外設。通過並口可以（yǐ）進行數據輸出，也（yě）可以進行數據（jù）輸入，非常適合於一般的數字I/O.由於步進電機有極高的轉行精度，多工作在開（kāi）環控製狀態，因（yīn）此，可以利用並口的數據輸出功能，取代傳統的步進電機控製電路中的脈衝信號發（fā）生器，由程序控製並口產生一個（gè）數字脈衝序列，送（sòng）於步進電機的驅動電路，作為電脈衝信號，控製步進電（diàn）機（jī）轉動。

位（B1/B3/B5）用於電機的轉向控製，賦0值電機順時針轉（zhuǎn）動，賦1值時逆時針轉動；低位（B0/B2/B4）用於為電機提供步進驅動脈衝，該數據位以一定的（de）延時間隔，產（chǎn）生一個連續的1、交替交換的數字序列。因此，控製3台（tái）步進電機同時順時（shí）針轉動的控製字為：0X15（1）/0X00（0）；3台電機同時逆（nì）時針轉動的控製字為（wéi）：0X3F（1）/0X2A（原理框圖如所示（shì）：計算（suàn）機並（bìng）口（kǒu）控製係統的脈衝方向電機脈衝方向（xiàng）電機並口的端口設置是由計算機係統設（shè）置程序自動配置的，初始化過（guò）程把並行端口配置成（chéng）LPT1（對（duì）配有一個並口的（de）通用型微機而言），分配了（le）相應的中斷資源和不同的數據地址，狀（zhuàng）態地址和（hé）控製地址：IRQ7、數據地址0378H、狀態地址0379H、控製地址037AH，並口的管腳（jiǎo）分配如表1所示。

表1並口的管腳分配管腳標識數據位端口管腳標識數據位端口管腳標識數據位3步進電（diàn）機的（de）並口控製方法3.1控製係統原理圖本文所探討的步進電機控製係統，是筆者設計的某工業控製工程的子係統，該子係統的設計要求是：以微型計算機並行端口，控製3台步進電機，同時完成-45+45、-90+9（1角度（dù）轉動。設計采用了並（bìng）口的數據端口，即（jí）以0378H為入口地址（zhǐ），給3台步進電機分配了3對數（shù）據位用於（yú）電機控製，它們分別是：電機A分（fèn）配B1/B0，電（diàn）機B分配3.2控製程序設計方法（fǎ）及流程根（gēn）據步進電（diàn）機的特點（diǎn），在采用並口對（duì）電機進行控製時，主要需要解決好以下幾個問（wèn）題：步進（jìn）驅動脈衝要有一定的（de）寬（kuān）度。在工程中使用的是美國SHAPHON公司的（de）微型步進電機，該電機采用負脈（mò）衝工作方式，對驅動脈衝的均勻度有一（yī）定程度的要求，同時要求脈衝寬度不小於5LS，為此在程序（xù）設計時，運用了延時（shí）的方法，使BO/B2/B4輸出的負脈衝（chōng）寬度和均勻度，達到電機要求。

電機的方向控製脈衝有特（tè）殊的要求（qiú），即電機換向時，一定要在電機降速（sù）停止後再進行。為此，在程序設計時，使每一次換向的方向控製信號都先於步進驅動信號，從而可以保證換向信號在前一個方向的（de）最後一（yī）個脈衝結束後（hòu），下一個方向的第一個脈衝到來前發出。

步進電機控製升降速曲（qǔ）線（xiàn）的設計。由於時間常數的存在和慣性作用的原因，步進電機從起動到停止，必須要有一個升速、降速（sù）過程，升降速的設（shè）計非常重（chóng）要，如果設計不當，會引起步進電機（jī）的堵（dǔ）轉、失步、升降速過程慢等問題。

升速過（guò）程由突跳頻（pín）率（lǜ）加升（shēng）速（sù）曲線組成，降速的過程與（yǔ）之相反，理想的升降速曲線應為指數曲線，但根據電（diàn）機特性及工程實際測試，本係（xì）統采用（yòng）了分段直線逼近的方式，並在電機升到最高頻率時，設計（jì）一個保持高速運（yùn）轉的恒速段，以提高電機動行速度。加、減速控製曲線（xiàn）如所示，Fq為起動頻率。

加、減速控製曲（qǔ）線（4）程序（xù）執行（háng）流程（chéng）。控製程（chéng）序米（mǐ）用了LabWAindows/CVI語言，有（yǒu）簡單（dān）方便的程序界麵。-45+ 45-90+90）角度控製，分別對（duì）應於四個按（àn）鈕控件，並設有界麵退出按鈕，隻需點按相關按鈕即可完（wán）成（chéng）全部操作，使（shǐ）步進電機的（de）控（kòng）製明（míng）快、直觀。各轉動角的程序（xù）設計完（wán）全通用，主要流程包括：開（kāi）啟操作界麵判斷本按鈕是否被選中若選中則（zé）讀入端口地址賦予起始突跳頻率上升段加速控製中段恒速保持下降段減速控製停止後端口清零返回操作界麵。整個控製程序經過了工程測（cè）試和實際應用，運轉效果良好（hǎo）。相信本文對計算機並行口資（zī）源的二次開發應用（yòng），可以起到了一定的借鑒作用。