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8253在步进电动机运动控制系统中的应用
摘 要：介绍了腭式破碎机通用定时／计数器8253在步进电机运动控制系统中的一种应用策略 。
针对步进电机的控制方案 ，简介了Intel8253的基本特性 ，并结合工程实际 ，提出了一种将Intel8253应用于步进电机伺服系统的控制技术 ，具体论述了如何对Intel8253进行编程 ，控制步进电机按控制规律运行 。
关键词：步进星型卸料器电机；位置伺服系统；高精度
1喂料机 电机控制方案
步进电动机是数颚式粉碎机字控制系统中的执行电动机 ，步进电动机由专门的、可以产生一定频率、功率和时序的电脉冲的驱动器驱动 。
改变加在驱动器上的数字脉冲信号的频率 ，可以改变驱动器矿石破碎机产生的时序脉冲的频率 ，从而调节电机的转速［1］ 。
步进电机的转速n正比于脉冲信号的频率f、比例系数k与驱动器参数 ，与步进电机的相数及通电方式有关 。
在工程开发过程中 ，当步进电机驱动器设计完成后 ，系统开环控制部分可采用图三次元振动筛1所示方案 。
驱动器工作状态与步进电机转子旋转方向由单片机、数字信号处理器［2］或微型计算机［3］（或其外围设备）的ls螺旋输送机数字输出（D0）端直接控制 ，可以将方向控制U／D和使能控制EA定义为单片机或微型计算机的数字输出（D0）通道 。
系统中Intel8253作为单片机或微机系统的外设 ，对555电路链式输送机产生的数字脉冲信号f0进行分频 ，可以提供频率大范围可调的数字脉冲信号 ，实现步进电机宽广范围的速度调节 。
SH系列回转筛2 Intel8253在步进电机运动控制系统中的应用
2．1 Intel 82直通冲击式破碎机53芯片特点
Intel 8253是可编程定时／计数量螺旋进料器 ，片内包含3个独立通道 ，每个通道均为16位计数器 ，计数速率可达2．6MHz 。
Intel8253具有3个功能相同的16位递双级破碎机减计数器 ，每个计数器的工作方式和计数长度分别由软件片机连接 。
Intel8253的定时／计数器有6种工作方式：（1）计数结束中断方式 。 （2）可编程单稳态可弯曲刮板输送机 。 （3）频率发生器 。 （4）方波频率发生器 。 （5）软件触发方式 。 （6）硬件触发方式 。
其中方式（4）为方波频率发生器方式 ，是必一·运动(B-Sports)官方网站对步进电机驱动、调速所采用的方式 。 工作方式（4）对输入方波频率f0进行N分频 ，输出频率为f的螺旋喂料机方波数字脉冲信号 。
f＝f0／N
式中 ，N为写入计数器的计数值 ，当N的范围为2～65535 ，其输出变化范围达f0／65535～f0／2 ，尤其适用对步进电机中、低速运行时的速度调节 。
2．2 一种基于步进电机的新型运动控制系统
航天“星星指向跟踪控制系统”中的运动控制部分 ，为基于稀土永磁步进电机的双自由度（俯仰、方位）位置伺服系统 。 系统总体设计思想使用计算机控制2台步进电机 ，每台步进电机代表天线运动的一个自由度 ，使天线指向任意给定位置 ，指向位置由旋转变压器测量 。
系统控制原理图［4］如图2所示 。 系统单个自由度由2路模拟电压给定目标位置 ，经微型计算机采样、A／D转换 ，再按一定控制规律控制稀土永磁步进电机 ，实现高精度的位置伺服精度 。
系统硬件组成（单个自由度）如图3所示 。 控制软件用VD＋＋6．0编写 ，通过软件操作 ，改变Intel 8253计数器工作状态 ，实现步进电机调速及位置伺服控制 ，具体实现方法：
（1）步进电机起动
步进电机驱动器使能端加载合适的控制信号后 ，起动步进电机只需对Intel8253所选用的计数器写入方式3控制字 ，然后写入所需计数值 。 计数器便会连续输出频率f＝f0／N的脉冲信号 ，驱动器就能驱动步进电机按一定转速运行 。
设nBase为Intel8253基址 ，LSB和MSB分别为要写入的计数值的低8位和高8位数据 ，C＋＋操作程序如下：
outp（nBase＋3 ，0x36）；／／0＃计数器工作于方式3
outp（nBase ，LSB）；／／0＃计数器写入计数值低8位
outp（nBase ，MSB）；／／0＃计数器写入计数值高8位
（2）步进电机转速调节
只需对8253的计数器写入新的计数值 ，计数器输出频率就会发生相应变化 ，进而改变驱动器产生的时序脉冲的频率 ，实现了步进电机转速的调节 。
由前面算式可以知道 ，电机转速为：
n＝kf＝kf0／N
注意在步进电机运行过程中要始终保持8253计数器门控端GATE为高电平 。 C＋＋操作程序为：
outp（nBase ，newLSB）；／／0＃计数器写入新计数值低8位
outp（nBase ，newMSB）；／／0＃计数器写入新计数值高8位
（3）步进电机转动停止
以步进电机为执行机构的位置伺服系统 ，当执行机构运行到目标位置后 ，步进电机需停止转动并保持在该位置 ，这时切断提供给步进电机驱动器的脉冲信号f0 ，步进电机停止转动 ，同时仍有一定保持转矩 。 有两种方法：
一是将8253计数器的门控端GATE置为低电平 ，这时GATE端需定义为计算机系统的一个数字输出（DO）通道；二是将8253计数器工作方式改变为其他方式 ，而不写入新的计数值 ，这时8253计数器因等待新计数值的写入而停止工作 ，这种情况下 ，GATE门控端只需接高电平 。
图3所示运动控制系统中 ，采用了第二种方法 ，通过改变计数器工作方式使Intel 8253停止输出数字脉冲信号 。 程序为：
outp（nBase＋3 ，0x36）；／／0＃计数器设为方式0 ，等待写入计数值 ，停止输出 。
3 结 论
所述控制方法在“星星指向跟踪控制系统”中得到了成功应用 。 该系统采用步进电机直接驱动方案 ，跟踪速度达到0—4°／s ，位置伺服误差不大于0．06°（双自由度） ，是一个低速、高精度的伺服跟踪系统 。
实验结果证明 ，Intel 8253应用于步进电机运动控制系统 ，系统软件编程简单易行 ，对稀土永磁步进电机进行起动、停止和调速控制 ，步进电机运行良好 ，调速平稳 。 系统采用了高精度旋转变压器、高分辨率RDC转换器作为反馈通道 ，配合以指数控制规律 ，满足了超低速、高精度的位置伺服控制指标要求 。
参考文献：
［1］ 李丰华 ，弓丹志．微型计算机接口技术在步进电机控制中的应用［J］．软件世界 ，2001（1）．
［2］ 李 竣 ，李学全 ，胡德金．基于数字信号处理器的步进电机运动控制［J］．微电机 ，1999（5）．
［3］ Ian Harries．Stepper Motor Autonomous Control Kit ，Ian Harries Student Project Proposals［EB／OL］http：／／www．doc．ic．ac．uk／～ih／teaching／projprop．html ，2001－05．20．
［4］ 李为民 ，邢晓正 ，胡红专 ，等．基于DSP的步进电机控制系统设计［J］．微特电机 ，2001（3）． (
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