[实用新型]一种步进电机的驱动控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及工控领域，具体涉及一种步进电机的驱动控制装置。

背景技术

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(匀速)-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。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型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器。

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。