用PCI—1750研華控制卡控制混合式步進(jìn)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究

高躍武等

摘 要：文章論述了在工業(yè)控制廣泛應(yīng)用的PCI-1750研華控制卡的功能，在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上進(jìn)行安裝、調(diào)試、基于VC++6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下編程控制混合式步進(jìn)電機(jī)的方法及其技術(shù)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：研華控制卡；控制；步進(jìn)電機(jī)

隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和普及，基于PC工業(yè)控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和測(cè)控系統(tǒng)得到了快速發(fā)展，用戶(hù)可以通過(guò)系列研華測(cè)控卡直接將外圍硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)或直接控制外部設(shè)備，文章論述用PCI-1750測(cè)控卡控制混合式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的接口電路和編程控制。

1 PCI-1750數(shù)據(jù)采集和控制卡簡(jiǎn)介

PCI-1750數(shù)據(jù)采集和控制卡是一款PCI總線的開(kāi)關(guān)量卡，完全符合工業(yè)總線的Rev2.1標(biāo)準(zhǔn)。可以提供16路光電隔離輸出通道和16路光電隔離輸入通道，另外，還帶有一個(gè)具有輸入信號(hào)的光電隔離量計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。計(jì)算機(jī) I/O端口與板卡的每個(gè)I/O通道相互對(duì)應(yīng)，故對(duì)其編程較為便捷容易。支持干接點(diǎn)，且?guī)в?500VDC隔離保護(hù)，適合需要高電壓保護(hù)地工業(yè)場(chǎng)所內(nèi)。

PCI-1750數(shù)據(jù)采集卡提供一個(gè)DB-37型孔型接口，管腳圖如圖1所示，圖示顯示了輸入輸出通道的絕對(duì)地址Port口分布情況。

1.1 外設(shè)開(kāi)關(guān)量輸入計(jì)算機(jī)連接簡(jiǎn)述

如圖1所示PCI-1750卡有“輸入PORT0口和輸入PORT1口”兩個(gè)輸入口地址，每個(gè)輸入口地址各有IDI0～I(xiàn)DI7八個(gè)數(shù)字量輸入位，兩個(gè)輸入口地址共有16位輸入，卡子內(nèi)部扛干擾電路已經(jīng)設(shè)計(jì)好，可外部開(kāi)關(guān)量TTL信號(hào)直接與這16位聯(lián)接讀入計(jì)算機(jī)。

1.2 用開(kāi)關(guān)量輸出控制外設(shè)接口連接

如圖1所示PCI-1750卡有“輸出PORT0口和輸出PORT1口”兩個(gè)輸入口地址，每個(gè)輸入口地址各有IDI0～I(xiàn)DI7八個(gè)數(shù)字量輸入位，兩個(gè)輸入口地址共有16位輸入，卡子內(nèi)部扛干擾電路已經(jīng)設(shè)計(jì)好，計(jì)算機(jī)程序向外設(shè)輸出TTL信號(hào)即可控制外設(shè)，案例見(jiàn)圖2所示控制混合式步進(jìn)電機(jī)。

1.3 中斷功能

如圖1所示，PCI-1750具有很強(qiáng)的中斷處理能力，四個(gè)輸入通道（IDI0、IDI4、IDI8、IDI12）和定時(shí)器1、計(jì)數(shù)器2連接到中斷電路，中斷控制寄存器控制這六個(gè)信號(hào)產(chǎn)生中斷，IDI0、IDI4和定時(shí)器1連接到中斷口0，IDI8、IDI12和計(jì)數(shù)器2連接到中斷口1，這兩個(gè)中斷請(qǐng)求可同時(shí)發(fā)生，根據(jù)各自的中斷服務(wù)程序（ISR），處理各個(gè)中斷請(qǐng)求。

2 用PCI-1750研華數(shù)據(jù)采集卡控制混合式步進(jìn)電機(jī)案例

2.1 控制接線

如圖2所示為用PCI-1750控制卡通過(guò)MB4501驅(qū)動(dòng)器控制混合式步進(jìn)電機(jī)接線圖，IDO0和IDO1分別為圖1上“輸出Port0口的IDO0”和“輸出Port1口的IDO1”。

接線方式分為共陽(yáng)極和共陰極兩種，共陽(yáng)極是把脈沖位和方向位的正極接上+5V的正極，負(fù)極接到控制卡的相應(yīng)位，由高低電平控制；共陰極是把脈沖位和方向位的負(fù)極接上+5V的負(fù)極，正極接到控制卡的相應(yīng)位，由高低電平控制。

圖2 用PCI1750控制卡通過(guò)MB4501驅(qū)動(dòng)器控制混合式步進(jìn)電機(jī)

此實(shí)驗(yàn)選取57HS7630A4兩相步進(jìn)電機(jī)及與之對(duì)應(yīng)MB450A型混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)步距角和相電流參照驅(qū)動(dòng)器上說(shuō)明設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。本次實(shí)驗(yàn)研究共陽(yáng)極的接線，5V電源借助計(jì)算機(jī)上電源接口，驅(qū)動(dòng)器電源為輸入220V交流電輸出24V直流電，D1、D2位的信號(hào)由采集卡發(fā)出的高低電平控制，使能位不接，電機(jī)上的黑綠線接到驅(qū)動(dòng)器上的A+和A-，紅藍(lán)線接到B+和B-。

控制系統(tǒng)提供給驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)主要有以下兩路：

（1）步進(jìn)脈沖信號(hào)PUL：發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度——步距角，發(fā)出的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)就是步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，脈沖信號(hào)的頻率正比于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)控制脈沖信號(hào)就可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速或使其定位。

（2）方向電平信號(hào)DIP：這一路信號(hào)決定步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。有兩種換向方式：?jiǎn)蚊}沖換向方式和雙脈沖換向方式。單脈沖換向方式就是信號(hào)為高電平時(shí)，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即為正轉(zhuǎn)；信號(hào)為低電平時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即為反轉(zhuǎn)。雙脈沖換向方式是驅(qū)動(dòng)器接受兩路脈沖信號(hào)，當(dāng)其中有一路有信號(hào)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)另一路有信號(hào)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。可以通過(guò)設(shè)置驅(qū)動(dòng)器上的撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)切換這兩種換向方式。次案例信號(hào)是由單脈沖信號(hào)控制。

2.2 PCI-1750測(cè)控卡設(shè)備安裝、運(yùn)行與關(guān)閉

研華系列產(chǎn)品可以在VC、VB、Delphi、Borland C、C++ Builder等開(kāi)發(fā)環(huán)境下編程，用戶(hù)只要裝好研華的驅(qū)動(dòng)程序就可以直接在開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編程。

系列研華卡計(jì)算機(jī)測(cè)控總體流程主要分為軟件方式采集、中斷采集和DMA采集三類(lèi)，它們的整體軟件編程流程圖是相同的，如圖3所示。

2.3 編程控制

本系統(tǒng)采用 C++Builder6.0作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，調(diào)用程序步驟如下：

（1）使用研華驅(qū)動(dòng)編程必須首先安裝Device Manager 和32bitDLL驅(qū)動(dòng)。

（2）在調(diào)用板卡內(nèi)部函數(shù)之前，首先要添加頭文件及靜態(tài)庫(kù)文件，添加頭文件（Driver.h）可以直接添加程序代碼：

#include “ Driver.h”

添加靜態(tài)庫(kù)文件：從菜單中選擇工程，然后選擇添加到工程，在安裝文件目錄里找到adsapi32bcb.lib文件，添加到工程，Driver.h是用戶(hù)應(yīng)用程序和板卡函數(shù)庫(kù)之間的橋梁和紐帶，Adsapi32bcb.lib是對(duì)庫(kù)函數(shù)封裝編譯生成的功能模塊。

（3）對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)的控制主要使用的函數(shù)為正轉(zhuǎn)函數(shù)：

ULONG DeviceNum=0；//表示設(shè)備號(hào)

LONG DriverHandle；//返回設(shè)備句柄，指向要操作的設(shè)備

PT_DioWriteBit ptDioWriteBit；

DRV_DeviceOpen（DeviceNum，&DriverHandle）；

ptDioWriteBit.port=1；//選輸出port1端口

ptDioWriteBit.bit=1；

ptDioWriteBit.state=0x1； //高電平

DRV_DioWriteBit（DriverHandle，&ptDioWriteBit）； //使用port1口第1位控制方向

ptDioWriteBit.port=0；//選輸出port0端口

ptDioWriteBit.bit=0；

ptDioWriteBit.state=0x1；//高電平

DRV_DioWriteBit（DriverHandle，&ptDioWriteBit）； //使用port0口第0位控制脈沖

Sleep（1）；

ptDioWriteBit.port=0； //port口地址00；

ptDioWriteBit.bit=0；

ptDioWriteBit.state=0x0； //低電平形成脈沖

DRV_DioWriteBit（DriverHandle，&ptDioWriteBit）；//

Sleep（1）；

DRV_DeviceClose（&DriverHandle）； //關(guān)閉設(shè)備，釋放占用的資源。

步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)函數(shù)：

以上定義的變量都一樣，在這里把向控制方向位的脈沖信號(hào)改為低電平信號(hào)即可：

ptDioWriteBit.port=1；//選輸出port1端口

ptDioWriteBit.bit=1；

ptDioWriteBit.state=0x0；//低電平

3 驅(qū)動(dòng)器使能端信號(hào)的應(yīng)用

脫機(jī)信號(hào)ENBL：這路信號(hào)不是必須要用的，是選用信號(hào)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)觀察，ENBL+端口接為高電平或者懸空不接，驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)都會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；ENBL+端口接高電平，ENBL-接低電平，電機(jī)不轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)器不報(bào)警；只接ENBL-為低電平，驅(qū)動(dòng)器報(bào)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了PCI-1750采集卡的接口信息、程序流程以及與驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)的接線方法，通過(guò)在試驗(yàn)中的嘗試和檢測(cè)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，滿(mǎn)足在實(shí)踐中對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。這套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟，對(duì)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制也會(huì)有很好的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]姜培昌，盧軍霞，趙慶志.基于PCI-1750數(shù)據(jù)采集卡的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，24（1）：93-95.

[2]鄭雪娜，王洪誠(chéng)，畢珈瑞，等.PCI總線技術(shù)在儀表檢測(cè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012（8）：59-62.

作者簡(jiǎn)介：高躍武（1987-），男，山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械制造及其自動(dòng)化學(xué)科，碩士研究生，研究方向：數(shù)控技術(shù)與裝備。

*通訊作者：趙慶志（1962-），男，山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士，研究生導(dǎo)師，研究方向：數(shù)控技術(shù)與裝備，機(jī)電一體化技術(shù)。