??? 通常,步進(jìn)電機(jī)的脈沖控制是由邏輯電路實(shí)現(xiàn)的。在計算機(jī)控制的系統(tǒng)中,也可以通過編制程序,由擴(kuò)展I/O口輸出脈沖來決定電機(jī)的運(yùn)行方式,、方向及轉(zhuǎn)速,。這種方式電路簡單、控制靈活,但占用CPU的時間過多,每次驅(qū)動電機(jī)時,PC機(jī)都得被占用,。本文采用可編程邏輯器件(PLD)中的GAL16V8設(shè)計邏輯電路,。在此,選三個控制信號" title="控制信號">控制信號:(1)啟動控制信號S,當(dāng)S=1時為停止,S=0為啟動;(2)正反轉(zhuǎn)控制信號D,當(dāng)D=1時電機(jī)正轉(zhuǎn),D=0時電機(jī)反轉(zhuǎn);(3)轉(zhuǎn)速切換信號R和C,當(dāng)R=0、C=0時,頻率為f_ck;R=1,、C=1時,頻率為f_ck/2,。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常都是通過改變時序脈沖的頻率來控制的,所以這里用頻率來表示轉(zhuǎn)速的改變,。由于GAL器件所有觸發(fā)器的時鐘是連在一起的,不能同時引入兩種以上頻率的時鐘,因此從改造組合邏輯部分入手,達(dá)到對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的二分頻控制。同理也可以實(shí)現(xiàn)四相八拍,、五相十拍,、六項(xiàng)十二拍的步進(jìn)電機(jī)控制,這就比專用的集成電路功能更強(qiáng)。
2 采用GAL控制脈沖分配的邏輯設(shè)計
??? 若采用集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制,所用器件較多,電路一般比較復(fù)雜,。為了滿足電機(jī)轉(zhuǎn)速的二分頻,在同一時鐘頻率控制下,必須利用一個D型觸發(fā)器,通過C參與組合邏輯來實(shí)現(xiàn),。其邏輯電路如圖2所示。CK為控制信號,三個D型觸發(fā)器的輸出O,、P,、Q分別接步進(jìn)電機(jī)的三項(xiàng)繞組。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動相數(shù)及控制要求,必須有相應(yīng)于相數(shù)的延遲觸發(fā)器保持現(xiàn)態(tài)與次態(tài)間的轉(zhuǎn)換過程,。對此,可利用GAL中八個輸出邏輯宏單元中的三個來完成,電機(jī)的工作狀態(tài)(O,、P、Q)中的現(xiàn)態(tài)與控制信號(S,、R,、D)可通過GAL的與、或陣列組合邏輯來完成,。

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2.1 邏輯控制狀態(tài)表
??? 按照電機(jī)的激勵規(guī)律,在時序脈沖作用下,時序電路的狀態(tài)將在六個狀態(tài)中循環(huán),驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),。這里用a、b,、c,、d,、e,、f分別表示其六個狀態(tài),即a=100、b=110,、c=010,、d=011、e=001,、f=101,。根據(jù)邏輯電路圖可得其狀態(tài)表,如表1所示。

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??? 表1中分頻控制量R決定C的取值,當(dāng)R=0時,電機(jī)按f_ck頻率運(yùn)行,當(dāng)R=1時,C重復(fù)取0和1,電機(jī)按f_ck/2頻率運(yùn)行,。
2.2 狀態(tài)真值表
??? 由表1可得狀態(tài)真值表,如表2所示,。表中O、P,、Q狀態(tài)是在時鐘脈沖控制下變化的,在控制變量的控制下,決定電機(jī)的啟動,、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速大小。

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2.3 卡諾圖
??? 在卡諾圖中,輸入變量分兩排表示,變量的取值次序按照循環(huán)碼排列,。這種排列方法使得卡諾圖中幾何上相鄰的兩個小方塊所代表的最小項(xiàng)只有一個變量不同,這正是利用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的基礎(chǔ),。
??? 對于多變量輸入,使用卡諾圖時要注意以下幾點(diǎn):
??? (1)按照“最少,、最大”的原則(即圈數(shù)最少,圈內(nèi)的最小項(xiàng)個數(shù)盡可能多)圈起所有取值為1的相鄰相。
??? (2)卡諾圖中四個角與兩對邊的各項(xiàng)也是相鄰的,卡諾圖里上,、下或左右部分中對稱的項(xiàng)也是相鄰的,。
??? (3)每圈一個矩形圈時,必須至少包含一個在其它圈中未出現(xiàn)過的最小項(xiàng),否則出現(xiàn)重復(fù)而得不到最簡式。
??? (4)每一個取值為“1”的小方塊都可以被圈多次,但不能遺漏,最小圈可以只包含一個小方塊,即不能簡化,。
??? 以O(shè)為例,由狀態(tài)真值表可得其卡諾圖,如圖3所示,。根據(jù)圈數(shù)和最小項(xiàng)可得其邏輯表達(dá)式為:
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??? 同樣,也可以求得P、Q的邏輯表達(dá)式,。
3 GAL的軟件設(shè)計
3.1 GAL器件選型及引腳變量分配
??? GAL器件有多種型號,根據(jù)設(shè)計的需要,同時從經(jīng)濟(jì)的角度考慮,選用GAL16V8來實(shí)現(xiàn)三相六拍步進(jìn)電機(jī)的控制,。
3.2 GAL源文件設(shè)計
??? 根據(jù)控制要求和編程格式,對已得到的時序邏輯方程編寫的源文件如下:
??? 01 GAL?????? ;PLD type
??? 02?DESIGNED BY ZANGLILIN
??? 03?28/10/2003
??? 04?? MOTOR CONTROL
??? 05?? X Y S R D H I J K GND;GAL PIN LIST
??? 06?? M? N? A? B? C? O? P? Q? Z? VCC
??? 07? O:=/O*/P*Q*D*/S*/C+/O*P*/Q*/D*/S*/C+O*P*/Q*/S*R*C
??? 08??? +O*/P*/S*R*C+O*/P*D*/S*/C+O*/Q*/D*/S*/C
??? 09? P:=/O*/P*Q*/D*/S*/C+O*P*/Q*/S*R*C+/O*P*/Q*D*/S*/C
??? 10??? +/O*P*/S*R*C+/O*P*/D*/S*/C+O*/Q*D*/S*/C
??? 11? Q:=/O*/P*Q*/D*/S*/C+O*/P*Q*/S*R*C+O*/P*/D*/S*/C
??? 12??? +/O*P*D*/S*/C+/O*Q*/S*R*C+/O*Q*D*/S*/C
??? 13? C:=R*/C
??? 14? DESCRIPTION
??? 在上述的源文件中,行號是為了描述方便而加入的,在實(shí)際輸入時不需要加入,注釋行以“:”開始。將上述源文件輸入計算機(jī),再對文件進(jìn)行編譯或匯編以生成JEDEC文件,、引腳配置圖,、熔絲圖等。用編程器對GAL器件進(jìn)行編程,編程器在編程結(jié)束后還具有對編程芯片所有的存儲單元進(jìn)行自動檢驗(yàn)的功能,。
4 系統(tǒng)的硬件連接
??? 電路原理圖如圖4所示,左邊為GAL16V8芯片的引線圖,S,、D、R分別決定電機(jī)的啟動,、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速大小,輸出O,、P、Q分別接電機(jī)的A,、B,、C三個線包。圖中只給出一個線包的驅(qū)動電路,。注意:GAL元件不用的引腳應(yīng)該直接接地或接電源,不要懸空,否則會增大功耗,降低抗干擾能力,。

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