基于89C55和GAL16V8,MC1413的步进电机驱动器的设计(06-100)

　　引言

　　步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大，同时由于分散器件的延时，其可靠性大大降低；软件环形分配器要占用主机的运行时间，降低了速度；专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好，但其适应性受到限制，同时开发周期长、需求费用较高。
　　
　　89C55和GAL16V8

　　89C55是Atmel公司的低电压，高性能CMOS  8 位单片机，片内含20k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，引脚兼容工业标准89C51和89C52芯片，采用通用编程方式，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微处理器的AT89C55可提供许多高性价比的解决方案，适用于多数嵌入式应用系统。

　　通用阵列逻辑GAL是美国Lattice公司研制的一种电可擦除的可编程的新型PLD器件。近几年来，GAL以其高性能、高可靠性、可擦除及输出逻辑结构可组态等特性和100％的成品率，博得广大用户的信赖。它可以用来构成译码器、优先级编码器、多路开关、比较器、移位寄存器、计数器、总线仲裁器等。采用GAL16V8器件对两相和四相混和式步进电机进行控制，不仅简化了系统的结构，降低了成本，而且编程灵活方便，提高了系统的可靠性，使系统具有更强的适应性。
　　
　　硬件设计

　　本设计选用GALl6V8为环形脉冲分配器和MC1413(国产型号为5G1413)七路达林顿驱动器阵列。最大驱动电流 可以达到500mA.通常应用时是把负载步进电机的一端接到VDD(12V)上,另一端接到输出引脚上,如16脚。了防止程序进入死循环，增加了外部的硬件看门狗定时器MAX813L，其内部的看门狗定时器监控UP/UC的工作。如果在1.6s内未检测到其工作，内部的定时器将使看门狗输出WDO处于低电平状态，WDO将保持低电平直到在WDI检测到UP/UC的工作。将WR和WDO连接可使看门狗超时产生复位。具体硬件电路如图1所示。

　　软件设计

　　通常，步进电机的脉冲控制是由逻辑电路实现的。在计算机控制的系统中，也可以通过编制程序，由扩展I／O口输出脉冲来决定电机的运行方式、方向及转速。这种方式电路简单、控制灵活，但占用CPU的时间过多，每次驱动电机时，PC机都得被占用。GAL器件有多种型号，根据设计的需要，同时从经济的角度考虑，选用GALl6V8来实现四相混和式步进电机进行控制。使用ABEL语言编程，原码如下：

 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      = D1&D2&D3&D4;
　　        F7      = D1&D2&D3&!D4;
　　        F6      = D1&D2&!D3&D4;
　　        F5      = D1&D2&!D3&!D4;
　　        F4      = D1&!D2&D3&D4;
　　        F3      = D1&!D2&D3&!D4;
　　        F2      = D1&!D2&!D3&D4;
　　        F1      = D1&!D2&!D3&!D4;
end motor。

　　设置软件陷阱

　　当程序进入到非程序区，只要在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，然后强迫程序回到初始状态。如对CPU的RST指令对应的字节码为0FFH，如果不用的程序存储区预先写入0FFH，则当程序因干扰而“飞”到该区域执行代码时，就相当于执行1条RST指令，从而达到系统复位的目的。

　　程序流程图如图2。

　　汇编原码如下：

　　MOV120: MOV     R3,#51H         
　　MOV121: LCALL   MOV124           ；12
  行前进程序1
　　        DJNZ    R3,MOV121
　　        MOV     P1,#0H           ；电机矢电
　　 MOV    R0,#100
　　RD08:     LCALL DELY
　　 DJNZ    R0,RD08
　　MOV80:  MOV     R3,#13H
　　        MOV     2CH,#7          ；8列前进程
   序1
　　MOV81:  LCALL   MOV84
　　        DJNZ    R3,MOV81
　　        MOV     P1,#0H           ；电机矢电
　　        MOV R0,#10H
　　RD09:   LCALL DELY     ；测量单
      孔程序
　　        DJNZ R0,RD09
　　        SETB ET0 ； 开定时器0
　　LCALL COTP   ； 单孔测量程序
　　CLR ET0  ；关定时器0
　　LCALL QUIT
　　INC 2DH
　　LCALL D10MS   ；延时1毫秒
　　LCALL D10MS    ； 延时1毫秒
　　MOV85:  MOV     R4,#0CH     ；8列前
  进程序2
　　MOV83:  LCALL   MOV86
　　        DJNZ    R4, MOV83
　　        MOV     P1,#0H
　　        MOV     R0,#10H
　　RD03:   LCALL DELY
　　 DJNZ R0,RD03
　　        SETB ET0 ；开定时器0
　　LCALL COTP ；单孔测量程序
　　CLR   ET0    ；关定时器0
　　LCALL QUIT
　　INC 2DH
　　LCALL D10MS ；延时1毫秒
　　LCALL D10MS
　　        DJNZ    2CH,MOV85        ；测量,循
   环7次,
　　        CJNE    R7,#1,RD02       ；判断测量
   是否完毕
　　        POP 07H
　　SETB    P3.3   ；P3.3=1
    high voltage = 450V
　　LCALL   BK080               ；测量行列
   完毕,返回初始位置程序
　　LCALL    BK120           
　　LCALL    LOCKOFF     
　　RD02:   LCALL BK080       ；8列后
   退程序
　　        MOV R0,#250
　　RD0A:  LCALL DELY
　　       LCALL   DELY
　　　　　 DJNZ R0,RD0A
　　RD01:   MOV     R5,#0BH
　　MOV123: LCALL   MOV125     ；12行
   前进程序2
　　        DJNZ    R5,MOV123
　　        MOV     P1,#0H           ；电机矢电
　　        MOV A,R7
　　MOV 2DH,#0
　　INC 2EH
　　DJNZ R7,MOV80  ；循环行数次
　　
　　结语

　　采用此设计的步进电机驱动系统，运动平稳，速度快，控制精度高，该产品已应用于哈尔滨思创生物的单光子分析计数仪的驱动系统。