基于89C55和GAL16V8,MC1413的步进电机驱动器的设计

　　引言

　　步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大，同时由于分散器件的延时，其可靠性大大降低；软件环形分配器要占用主机的运行时间，降低了速度；专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好，但其适应性受到限制，同时开发周期长、需求费用较高。
　　
　　89C55和GAL16V8

　　89C55是Atmel公司的低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含20k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，引脚兼容工业标准 89C51和89C52芯片，采用通用编程方式，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微处理器的AT89C55可提供许多高性价比的解决方案，适用于多数嵌入式应用系统。

　　通用阵列逻辑GAL是美国Lattice公司研制的一种电可擦除的可编程的新型PLD器件。近几年来，GAL以其高性能、高可靠性、可擦除及输出逻辑结构可组态等特性和100％的成品率，博得广大用户的信赖。它可以用来构成译码器、优先级编码器、多路开关、比较器、移位寄存器、计数器、总线仲裁器等。采用GAL16V8器件对两相和四相混和式步进电机进行控制，不仅简化了系统的结构，降低了成本，而且编程灵活方便，提高了系统的可靠性，使系统具有更强的适应性。
　　
　　硬件设计

　　本设计选用GALl6V8为环形脉冲分配器和MC1413(国产型号为5G1413)七路达林顿驱动器阵列。最大驱动电流可以达到500mA.通常应用时是把负载步进电机的一端接到VDD(12V)上,另一端接到输出引脚上,如16脚。了防止程序进入死循环，增加了外部的硬件看门狗定时器MAX813L，其内部的看门狗定时器监控UP/UC的工作。如果在1.6s内未检测到其工作，内部的定时器将使看门狗输出WDO处于低电平状态，WDO将保持低电平直到在WDI检测到UP/UC的工作。将WR和WDO连接可使看门狗超时产生复位。具体硬件电路如图1所示。

　　软件设计

　　通常，步进电机的脉冲控制是由逻辑电路实现的。在计算机控制的系统中，也可以通过编制程序，由扩展I／O口输出脉冲来决定电机的运行方式、方向及转速。这种方式电路简单、控制灵活，但占用CPU的时间过多，每次驱动电机时，PC机都得被占用。GAL器件有多种型号，根据设计的需要，同时从经济的角度考虑，选用GALl6V8来实现四相混和式步进电机进行控制。使用ABEL语言编程，原码如下：

module motor
title
Operation of the simulator on devices with
motor
　　 DATA I/O Corp. 21 10 2002
　　 FB1 device 'P16V8R';
　　 D1,D2,D3,D4 pin 2,3,4,5;
　　 F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8 pin
19,18,17,16,15,14,13,12;
　　equations
　　 F8 = D1D2D3D4;
　　 F7 = D1D2D3!D4;
　　 F6 = D1D2!D3D4;
　　 F5 = D1D2!D3!D4;
　　 F4 = D1!D2D3D4;
　　 F3 = D1!D2D3!D4;
　　 F2 = D1!D2!D3D4;
　　 F1 = D1!D2!D3!D4;
end motor。

　　设置软件陷阱

　　当程序进入到非程序区，只要在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，然后强迫程序回到初始状态。如对CPU的RST指令对应的字节码为 0FFH，如果不用的程序存储区预先写入0FFH，则当程序因干扰而“飞”到该区域执行代码时，就相当于执行1条RST指令，从而达到系统复位的目的。

　　程序流程图如图2。

　　汇编原码如下：

　　MOV120: MOV R3,#51H
　　MOV121: LCALL MOV124 ；12
行前进程序1
　　 DJNZ R3,MOV121
　　 MOV P1,#0H ；电机矢电
　　MOV R0,#100
　　RD08: LCALLDELY
　　DJNZ R0,RD08
　　MOV80: MOV R3,#13H
　　 MOV 2CH,#7 ；8列前进程
序1
　　MOV81: LCALL MOV84
　　 DJNZ R3,MOV81
　　 MOV P1,#0H ；电机矢电
　　 MOVR0,#10H
　　RD09: LCALLDELY ；测量单
孔程序
　　 DJNZR0,RD09
　　 SETBET0； 开定时器0
　　LCALLCOTP ； 单孔测量程序
　　CLRET0；关定时器0
　　LCALLQUIT
　　INC2DH
　　LCALLD10MS ；延时1毫秒
　　LCALLD10MS ； 延时1毫秒
　　MOV85: MOV R4,#0CH ；8列前
进程序2
　　MOV83: LCALL MOV86
　　 DJNZ R4, MOV83
　　 MOV P1,#0H
　　 MOV R0,#10H
　　RD03: LCALLDELY
　　DJNZR0,RD03
　　 SETBET0；开定时器0
　　LCALLCOTP；单孔测量程序
　　CLR ET0 ；关定时器0
　　LCALLQUIT
　　INC2DH
　　LCALLD10MS；延时1毫秒
　　LCALLD10MS
　　 DJNZ 2CH,MOV85 ；测量,循
环7次,
　　 CJNE R7,#1,RD02 ；判断测量
是否完毕
　　 POP07H
　　SETB P3.3 ；P3.3=1
high voltage = 450V
　　LCALL BK080 ；测量行列
完毕,返回初始位置程序
　　LCALL BK120
　　LCALL LOCKOFF
　　RD02: LCALLBK080 ；8列后
退程序
　　 MOVR0,#250
　　RD0A: LCALLDELY
　　 LCALL DELY
　　　　　DJNZR0,RD0A
　　RD01: MOV R5,#0BH
　　MOV123: LCALL MOV125 ；12行
前进程序2
　　 DJNZ R5,MOV123
　　 MOV P1,#0H ；电机矢电
　　 MOVA,R7
　　MOV2DH,#0
　　INC2EH
　　DJNZR7,MOV80 ；循环行数次
　　
　　结语

　　采用此设计的步进电机驱动系统，运动平稳，速度快，控制精度高，该产品已应用于哈尔滨思创生物的单光子分析计数仪的驱动系统。