基于DMA控制器的软件环形脉冲分配器设计

村ＬＩ【ｌ设计　ｆ究　《机也技术》２００７年第２期　基于ＤＭＡ控制器的软件环形脉冲分配器设计　刘东龙利平　（福建省－－Ｎ市第二技工学校，福建三咧３６５００１，上海富：Ｊ：施乐有限公－Ｊ，上海２００２４５）　摘要：介绍一种基于ＤＭＡ控制器的步进电机软件环形脉冲分配器的设计。该设计具有容易实现，占用ＣＰＵ资　源少，速度快等优点。　关键词：步进Ｉ　机ＤＭＡ环形脉冲分配器　中图分类号：ＴＰ２１３文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—４８０１（２００７）０２—０５７—０３　ｌ引言　步进电机是数字控制系统中重要的执行元　件，Ｊ　’泛应川丁各种控制系统中。步进电动机的　环形脉冲分配器的软件分配方法即完全由软　件编程来实现步进电机相序信号分配，直接从微　机输山信号端口输Ｉ山控制信号实现脉冲分配的方　法。软件分频就是利Ｊ＝Ｉｊ查表或计算软什进行控制　脉冲分频，按一定顺序读取数据（正向读取或反　向读取数据控制电机正反转），并通过输出接口输　出相应的电信号，经功率放大提供给相应的电机　绕组控制电机运转。电机的转速由输入的脉冲信　号频率决定，也就是说，电机转速控制是通过控　制输入脉冲信号的频率实现。电机的转向可以通　过控制励磁信号加载的顺序米实现。　软件脉冲分配器要依据脉冲频率和转向控制　要求来产生电机绕组的控制波形。以二相步进电　作Ｊ｛ｊ是将脉冲电信号转换成机械角位移，每当电　机绕组输入一个电脉冲，电机转子便转动一个步　进角，电机转动的角位移　Ｉ角速度分别由输入电　脉冲和电脉冲的频率确定，控制精度在一般情况　下，由步进角决定。由于步进电机的工作原理是　各绕组必须按一定的顺序通电变化才能正常工作　（ＡＡＢ　Ｂ　ＢＣ　Ｃ　ＣＡＡＡＢ　Ｂ……），完成这种通电　顺序变化规律的部分称为环形脉冲分配器。步进　电机的环形分配器设计通常可以采用硬４＇－１：和软件　两种方法。软件分配器的特点是可以充分利Ｈｊ计　算机资源降低硬件成本，适Ｈｊ多相脉冲分配，但　将占用计算机运行时间，可能影响步进电机的运　行速度。本文通过利刚ＤＭＡ控制器，设计了响　应速度快，占川ＣＰＵ时间少的脉冲分配器。　机为例，其正转和反转的励磁状态转换如表ｌ所　示。可以把上述转换表存入内存表中，以一定频　２基于ＤＭＡ控制器的脉冲分配器设计　２．１微机控制的步进电机驱动原理　微机控制的步进电机驱动电路原理框图如图　ｌ所示，系统由单片机，环形脉冲分配器，功率放　率按顺序循环读取数据，并输出相应的脉冲信号。　表ｌ步进电机绕组通电状态转换表　大器等组成。步进电机的控制过程一般由单片机　和Ｉ环形脉冲分配器米完成，功率放火器按照控制　规律驱动控制电机运转。从计算机或环形分配器　输出的脉冲信号，其电流和功率较小，不能直接　驱动步进电机转动，脉冲信号必须经功率放大才　能驱动步进电机转动。采用微机对步进电机进行　控制，控制线路简单，控制方案改变容易，适应　性强。　环　形　拜　器　幽ｌ步进ｑｌ￣ｌｔ驱动原理榧幽　５７　维普资讯 http://www.cqvip.com

《机Ｉ【！‘技术》２００７年第２期　机Ｉ　设汁研究　２．２　ＤＭＡ控制器基本原理　读出４位数据，传输到输山端口，对应步进电机　ＤＭＡ即直接存储器存取，是一种快速传送　就前进一步；同时，指向内存表的指针也相应的　数据机制。ＤＭＡ技术的重要性在于，利川它进　前进一步，指向下一个要输出的状态向量。定时　行数据存取时不需要ＣＰＵ进行干预，可提高系　器的计数值也需要在中断时重新载入，川来产生　统执行应川　序的效率。利川ＤＭＡ传送数据的　下一次中断。定时器以一定频率产生中断，就不　另一个好处是，数据直接在源地址和目的地址之　断产生脉冲输山，电机就按一定的速度运转起来　间传送，不需要中间媒介。ＤＭＡ对总线控制的　了。要控制电机停．Ｉ｝＝时，停止定时器的计数，即　优先级比ＣＰＵ更高，所以能在ＤＭＡ请求发生后　停止了脉冲的输出，电机就停．Ｉｆ＝转动。　非常短的时间内，就可把数据从源地址送到目的　地址【¨。　为了保证步进电机的控制精度，必须把内存　表中的四位数据按等时间间隔同时发送到输出端　口。纯软件的实现方法因为软件执行的不确定性　较难保证时间控制的精确度。有些文献采取较常　见的外接ＥＰＲＯＭ［２】的方式实现。但是外接　ＥＰＲＯＭ的方法必须增加一个器件，就加火了电路　设计的复药　度，也增加了成本。　图２基于ＤＭＡ的软件环形脉冲分配器原理图　ＤＭＡ控制器是通常的单片机都具备的片内　２．３．２电机转速和转向控制　资源。以定时器中断为ＤＭＡ请求因子，使ＤＭＡ　根据所选川电机的使用手册，可以查山该电　控制器把内存表数据直接传送到端口输出，实现　机的步距角。步距角对应一个脉冲信号，由此可　了类似外接ＥＰＲＯＭ一样的控制精度，也不会增　以计算得到输入脉冲频率　Ｉ电机转速的对应关　加使　ＣＰＵ进行数据传输带米的额外时间和资源　系。例如，某款电机步距角为７．５度，即表示输　的消耗。　入一个脉冲信号对应电机旋转７．５度。为了控制　２．３基于ＤＭＡ控制器的脉冲分配器系统设计　该电机输出１２００ｒｐｍ的转速，计算山该电机达到　２．３．１系统工作原理　１２００ｒｐｍ要求输入的脉冲频率是９５５ＨＺ。脉冲频率　以瑞萨的ＭＣＵ　Ｍ１６Ｃ／６２Ｐ　为例，原理如图２　对应于定时器中断产生的频率。因此，以定时器　所示。先把表ｌ的正转和反转状态转换表分别存　输入频率为３ＭＨＺ为例，定时器的计数应设置为：　入内存表中。然后，开始初始化ＤＭＡ控制器：设　３００００００／９５５—１＝３１４０。　置ＤＭＡ请求因子为定时器Ｂ　中断，ＤＭＡ数据源为　修改定时器的计数值就改变了定时器中断发　上述内存表的起始地址，传输目的为连接外部功　生的频率，即也改变了脉冲输山的频率，从而改　率放大电路的４位通川Ｉ／ｏ端口：再根据状态表　变了步进电机的转速。因此，控制步进电机的转　的长度设置ＤＭＡ计数器，使其循环输出这一块内　速可通过修改控制定时器的计数值来实现。在实　存区域。最后，初始化ＴｍｅｒＢ４：设置ＴｉｍｅｒＢ４工　际控制系统中，电机的转速变化通常不是在瞬时　作在定时器模式，以３Ｍｔｉｚ时钟为例作为输入参考　完成，而需要一个逐渐上升或下降的控制过程：　时钟，根据转速要求计算并设置定时器的计数值。　可以把速度变化的过程分解成儿个离散的步骤，　在初始化完成之后，就可以通过控制定时器　逐步实现速度的变化。这时就可以按各个步骤的　Ｂ４，产生步进电机的控制信号了。控制电机旋转　速度控制要求修改定时器的计数值，实现转速的　时，打开定时器Ｂ４开始计数，达到计数值时就产　变化控制。同时，电机启动时设置ＤＭＡ数据源指　生一次中断。每当定时器Ｂ４发生一次中断，就产　针指向正转或反正表，就能控制电机的转向。系　生一次ＤＭＡ请求；这时ＤＭＡ控制器就从内存表中　统的软件框图如图３所示。（转４８页）　５８　维普资讯 http://www.cqvip.com

《机电技术》２００７年第２期　机械设计制造　图４速度分布示意图　图５　带台阶的斗叶背面简图　４水斗侧面破坏分析　水斗的侧面、即水斗山水边背面，也曾经有过　遭到剥蚀破坏的情况，受破坏的原因仍然是水斗　出水的周期性冲击作用所致，只是由于山水的能　量甚小，因此破坏力不大。若前一个水斗的山水　不磨擦到后一个水斗的侧面，此类破坏几乎可以　艺就能满足。　５结束语　总之，经过该电站的处理，今后在产品的设　计过程中，只要保证正确的设计，合理的选型，　选择合适的材料，合理的工艺，就基本能杜绝该　现象的发生。但由于电站运行水头有越来越高的　趋势，因此在水斗型线的改善，材料性能的提高，　铸造工艺的完善上都有待于进一步的提高。　完全避免，这就是儿乎所有冲击式水轮机的水斗　很少受到这种破坏的原因。要防．Ｉｔ该情况的发生，　主要是要设计合理的型线，并保证良好的加工工　参考文献：　［１］ＩＯ．ｙ埃杰尔．水斗式水轮机［Ｍ］。机械工业出版社，１９９０．０７．　［２］谭月灿。张克危．水利机械原理［Ｍ］，华中理工大学水利机械教研室，１９９２．１２．　作者简介：郑成　，（１９７２年～），男，福建南平电机厂设计处，工程师，主要从事水轮机设计工作。　●●■…■■…■■…■■－…■■…■■…■■－…■■…■■．．．■■…■■…■■…●●■…●●■…■■…●●■…●●■●　（接５８页）　３结束语　本文提出的方法，已经成功地应用于复印机　产品的控制中。采用该方法，节省了硬件脉冲分　配器件的成本。实践表明，该方法具有控制响应　速度快，节省ＣＰＵ运行时间等优点。同时，该方　法只要修改状态表，就可以适用于多相脉冲分配。　由于通常单片机都具有ＤＭＡ控制器，因而，该　方法容易在不同的平台上实现，易于推广。　匦　图３软件框图　参考文献；　［１３　Ｍ１６Ｃ／６２Ｐ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｍａｎｕａｌ［Ｍ】．　［２］李秀人，用ＥＰＲＯＭ设计的步进ｒ【ｌ机驱动Ｉ乜源的数字逻辑［Ｊ］，沈阳航空工业学院学报，１９９５，１２（４）：４９—５２．　［３］陆延：Ｉｉ，三菱Ｍ１６Ｃ／６２单片机原理和应用［Ｍ］．　作者简介：刘东，（１９６６年～），男，讲师、主要从事电工理论与生产实习教学研究。