基于ARM9的数控铣床系统设计方案

　　1.2 扩展板卡

　　扩展板卡即把步进电机驱动器控制接口、伺服电机驱动器控制接口、编码器接口集成在一个板子上，作为控制数控铣床的控制卡，来控制步进电机和伺服电机的运转。

　　机床目前设计为3轴联动，为未来能扩展为5轴，设计留有5组接线端子。每组需要两个接线端子与驱动器相连（采用单脉冲方式），其中一个端子通过导线连接步进电机驱动器的CP, 提供给步进电机脉冲信号，控制它转动，另一个接驱动器的CW, 控制电机的转动方向，使电机可以完成正转、反转和停止动作。对电机的速度控制是通过软件控制脉冲的输出频率实现的。经比较决定选择三相混合式步进电机驱动器BD3SFB。因BD3SFB驱动器可兼容两相、四相和五相的工作方式，且有更高的定位精度，可控制电机在任意细分步数情况下，如6000步/转时精确定位。 电机和驱动器间仅用3根线连接，与交流异步电机一样，减少连线出错的可能性。

　　伺服电机的控制与反馈由驱动器完成，数控系统只需将指令信号发送至驱动器中。由处理器的通用I/O口产生伺服电机的脉冲信号和方向信号。伺服驱动器一般需要差分信号作为输入，故采用26LS31芯片作为其输出驱动电路，经过光耦的隔离直接连接到伺服电机驱动器上。

　　对步进电机采用开环控制，但为了将铣刀具体位置呈现给用户，同时修正控制及运动部分不可预见的误差，可以在步进电机上安装编码器。通过联轴器将二者相连。编码器脉冲信号经8253计数后可得到被测量的数字信号，然后经地址锁存器连接到扩展总线，由处理器进行处理。8253复用8 位数据总线表示计数值，处理器先读低8位后读高8位，计数范围是0 ~65 535。同时，鉴向器占用数据总线3 位表示各电机旋转方向。在单脉冲模式下，编码器脉冲由D触发器CD4013鉴相，处理器通过判断高低电平得知电机旋转方向。为了抗干扰和实现电气隔离，在与步进电机驱动器的脉冲信号和方向信号的端口连接时采用了光电隔离器件。D触发器鉴相如图2。