基于并口控制的數(shù)控機(jī)械運(yùn)動(dòng)研究

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XX 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）作 者: 學(xué) 號(hào)：學(xué) 院: 機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化題 目: 基于并口控制的數(shù)控機(jī)械運(yùn)動(dòng)研究指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))年 月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 中 文 摘 要并口作為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備，用戶只需通過(guò)簡(jiǎn)單的插入操作，就可將幾乎所有的外部設(shè)備連接到電腦上，并通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入、輸出或者是雙向連接。并行接口的傳輸?shù)奈粩?shù)，最常用的是8位，可通過(guò)接口一次傳送8個(gè)數(shù)據(jù)位。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最常用的并行接口是LTP接口。PC機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)并口一般都是一個(gè)25針的接口。本課題的原理是將預(yù)先設(shè)定好的G代碼轉(zhuǎn)化為EMC2軟件能讀懂的信號(hào)，然后EMC2軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)并口到驅(qū)動(dòng)板將信號(hào)放大給驅(qū)動(dòng)器脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)然后就是雕刻機(jī)正常運(yùn)行。本課題的主要任務(wù)就是認(rèn)真研究關(guān)于并口控制的相關(guān)知識(shí)，以及結(jié)合所學(xué)知識(shí)和現(xiàn)在先進(jìn)的控制技術(shù)，將并口應(yīng)用于三軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，再把實(shí)驗(yàn)室中三維步進(jìn)數(shù)控平臺(tái)的固高運(yùn)動(dòng)控制器用并口替換。關(guān)鍵詞 并口控制，三軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，替換，固高運(yùn)動(dòng)控制器畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 （ 論 文 ） 外 文 摘 要Title Research On CNC Machinery MovementBased On The Parallel PortAbstractParallel port as one of the standard interface of the computer, has been widely used in a variety of equipment, just a simple insert operation can almost all external devices connected to the computer, and through it to the input, output, or bidirectional connection. Parallel port of digits, the most common is eight, through the interface a transmission eight data bits. In the field of computer parallel port is the most commonly used LTP interface. PC standard parallel port is usually a 25 injection interface. This topic is principle will predetermined G code into EMC2 software can read of the signal, and then EMC2 software through the computer parallel to the driver board will amplification to drive the pulse signal, drive drive stepping motor and then is carving machine normal operation. The main task of this project is to carefully study the relevant knowledge on the parallel port control, combined with the knowledge and state-of-the-art control technology, the parallel port used in three-axis motion control system, then Googol motion controlleris replaced with the parallel port.Keywords Parallel port control, Axis motion control system, Replace, Googol motion controller目錄1 引言 .11.1 課題簡(jiǎn)介 11.2 并口的發(fā)展現(xiàn)狀 12 并口控制原理 .22.1 并口定義 22.2 并口控制特點(diǎn) 22.3 并口的分類 32.3.1 存儲(chǔ)器類 32.3.2 打印機(jī)類 32.3.3 加密鎖類 42.4 并口控制原理 42.5 并口控制模式 62.6 并口連接線 72.7 并口連接器 73 并口控制實(shí)現(xiàn) .93.1 并口訪問(wèn) 93.1.1 并口管腳及寄存器 93.1.2 并口的系統(tǒng)資源 .153.1.3 并口的內(nèi)部結(jié)構(gòu) .163.2 并口輸出 .174 并口控制應(yīng)用 204.1 固高運(yùn)動(dòng)控制器 .204.2 端子板內(nèi)部接線 .244.2.1 CN1 引腳與并口引腳 .264.2.2 CN2 引腳與并口引腳 .265 并口控制應(yīng)用的試驗(yàn)驗(yàn)證 286 并口控制應(yīng)用的未來(lái)展望 29結(jié)論 .30致謝 .31參考文獻(xiàn) .3211 引言1.1 課題簡(jiǎn)介本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為“基于并口控制的數(shù)控機(jī)械運(yùn)動(dòng)研究”。其主要任務(wù)就是認(rèn)真研究關(guān)于并口控制的相關(guān)知識(shí)，以及結(jié)合所學(xué)知識(shí)和現(xiàn)在先進(jìn)的控制技術(shù)，將并口應(yīng)用于三軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，再把實(shí)驗(yàn)室中三維步進(jìn)數(shù)控平臺(tái)的固高運(yùn)動(dòng)控制器用并口替換。1.2 并口的發(fā)展現(xiàn)狀并行接口，指采用并行傳輸方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的接口標(biāo)準(zhǔn)。通常所說(shuō)的并行接口一般稱為 Centronics 接口，也稱 IEEE1284，最早由 Centronics Data Computer Corporation 公司在 20 世紀(jì) 60 年代中期制定。Centronics 公司當(dāng)初是為點(diǎn)陣行式打印機(jī)設(shè)計(jì)的并行接口。它每次單向并行傳輸 1 字節(jié)數(shù)據(jù)，速度高于當(dāng)時(shí)的串行接口，獲得廣泛應(yīng)用，成為打印機(jī)的接口標(biāo)準(zhǔn)。1991 年以后，各大公司為擴(kuò)大其應(yīng)用范圍而與其他接口競(jìng)爭(zhēng)，改進(jìn)了 Centronics 接口，使它實(shí)現(xiàn)更高速的雙向通信，以便能連接磁盤機(jī)、磁帶機(jī)、光盤機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等計(jì)算機(jī)外部設(shè)備（簡(jiǎn)稱外設(shè)） ，最終形成了IEEE1284-1994 標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)率從 10KB/s 提高到可達(dá) 2MB/s。而現(xiàn)在，并口已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)配置的標(biāo)準(zhǔn)接口之一，并口在很多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，成為了數(shù)據(jù)采集的通用接口。用戶只需通過(guò)簡(jiǎn)單的插入操作，就可將幾乎所有的外部設(shè)備連接到電腦上，并通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入、輸出或者是雙向連接。打印機(jī)仍然是連接到并口上的最常見設(shè)備，但外部磁帶機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、掃描儀等其他設(shè)備也得到了廣泛的應(yīng)用。便攜式電腦可以使用基于并口的網(wǎng)絡(luò)接口或者是游戲操縱桿，許多并口還被用于數(shù)據(jù)采集，測(cè)試和控制等特殊場(chǎng)合。另外，在很多需要計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間進(jìn)行通信的通用小型設(shè)備中，并口也是通信設(shè)備的首選。2 并口控制原理2.1 并口定義并行接口，指采用并行傳輸方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的接口標(biāo)準(zhǔn)。并行接口的傳輸?shù)奈粩?shù)，最常用的是8位，可通過(guò)接口一次傳送8個(gè)數(shù)據(jù)位。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最常用的并行接口是LTP接口。PC機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)并口一般都是一個(gè)25針的接口。22.2 并口控制特點(diǎn)并行接口最基本的特點(diǎn)是在多根數(shù)據(jù)線上以數(shù)據(jù)字節(jié)為單位與I/O設(shè)備或被控對(duì)象傳送信息。如打印機(jī)接口，A/D，D/A轉(zhuǎn)移器接口，IEEE-488接口，開關(guān)量接口，控制設(shè)備接口等。與此相應(yīng)的有串行接口，它是在一根線上以數(shù)據(jù)位為單位與I/O設(shè)備或通信設(shè)備傳送信息。如CRT，鍵盤及調(diào)制解調(diào)器接口等。因此，并行口的“并行”含義不是指接口與系統(tǒng)總線一側(cè)的并行數(shù)據(jù)線而言，而是指接口與I/O設(shè)備或被控對(duì)象一側(cè)的并行數(shù)據(jù)線。并行接口適用于近距離傳送的場(chǎng)合。由于各種I/O設(shè)備和被控對(duì)象多為并行數(shù)據(jù)線連接，CPU用并行口來(lái)組成應(yīng)用系統(tǒng)很方便，故使用十分普通。在并行接口中，除了少數(shù)場(chǎng)合之外，一般都要求在接口與外設(shè)之間設(shè)置并行數(shù)據(jù)線的同時(shí)，至少還要設(shè)置兩根握手信號(hào)線，以便互鎖異步握手方式的通信。握手信號(hào)線在有些接口芯片中是固定的。在并行接口中，8位或16位是一起行動(dòng)的，因此，當(dāng)采用并行接口與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí)，即使是只用到其中的一位，也是一次輸入/輸出8位或16位。并行傳送的信息，不要求固定的格式，這與串行傳送的信息有數(shù)據(jù)格式的要求不同。從并行接口的電路結(jié)構(gòu)來(lái)看，并行口有硬件連接接口和可編程接口之分。硬件連接接口的工作方式及功能用硬件連接來(lái)設(shè)定，用軟件編程的方法不能改變；如果接口的工作方式及功能可以用軟件編程序的方法改變，就叫可編程接口。并口有如下優(yōu)點(diǎn)：1. 協(xié)議簡(jiǎn)單：因?yàn)镻C機(jī)和外設(shè)之間的多種狀態(tài)和控制信號(hào)可以用硬件表達(dá)，因此可以簡(jiǎn)化通訊協(xié)議，即PC機(jī)與外設(shè)之間的通訊通過(guò)硬件握手來(lái)完成。2. 多種工作模式選擇：一般的主板都支持SPP、EPP、ECP等。3. 性能高：為了克服串口速度慢，IBM等公司開發(fā)了并口，并口能同時(shí)通過(guò)8條數(shù)據(jù)線傳輸信息，速度明顯高于串口，而且在ECP模式下可以通過(guò)DMA方式通訊。有些目標(biāo)系統(tǒng)為了追求低成本和高效率而靈活的時(shí)序，沒有專門的CPU來(lái)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，而是由目標(biāo)系統(tǒng)硬件本身來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯。這些系統(tǒng)往往需要使用硬件握手來(lái)完成數(shù)據(jù)的傳輸，并口相比較串口和USB而言，易于實(shí)現(xiàn)硬件握手。因此當(dāng)通訊距離不長(zhǎng)而且需要使用握手進(jìn)行通訊時(shí)，并口不失為一種首選方案。2.3 并口的分類并口類設(shè)備可以分為三種類型：存儲(chǔ)器類、打印機(jī)類、加密鎖類。32.3.1 存儲(chǔ)器類存儲(chǔ)器類包括常見的 ATA 硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)等，ATA 其實(shí)是 IDE 設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)，大部分硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)等等都使用的是 ATA 接口。譬如現(xiàn)在還有大部分使用者用的都是并行 ATA 接口的硬盤，應(yīng)該對(duì)它許多針排線的接口是再熟悉不過(guò)了，平常我們說(shuō)到硬盤接口，就不得不提到 Ultra-ATA/100、Ultra-ATA/133，這表示該硬盤接口的最大傳輸速率為 100MB/s 和 133MB/s，且硬盤是以并行的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以我們也把這類硬盤稱為并行 ATA,它的最大優(yōu)點(diǎn)在于把 CPU 從大量的數(shù)據(jù)傳輸中解放出來(lái)了，可以把數(shù)據(jù)從 HDD 直接傳輸?shù)街鞔娑徽加酶嗟?CPU 資源，從而在一定程度上提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能。以平行數(shù)據(jù)線做為設(shè)備與計(jì)算機(jī)間的連接線，性能較高、不用安驅(qū)動(dòng)、價(jià)值較低廉。在硬盤類產(chǎn)品中，由于硬盤類并口技術(shù)在處理碼間干擾信號(hào)產(chǎn)生反射并疊加到時(shí)序靠后的信號(hào)中、信號(hào)發(fā)送端與接收端產(chǎn)生的時(shí)間偏移、串音干擾即限制了傳輸?shù)木嚯x、直流偏置要求的電路復(fù)雜程序高等方面有自身的限制而阻礙了向更高速率的發(fā)展，目前的此類并行接口硬盤逐漸由新型的串口硬盤所替代，但由于像軟驅(qū)、光驅(qū)等產(chǎn)品的接口按現(xiàn)行的并口技術(shù)效率已經(jīng)可長(zhǎng)期滿足應(yīng)用，串口暫時(shí)存在著安裝驅(qū)動(dòng)的因素，以及早期由“串口技術(shù)”轉(zhuǎn)為“并口技術(shù)”再又回到“新型串口技術(shù)”階段還需要長(zhǎng)期的論證與實(shí)際應(yīng)用，因此做為存儲(chǔ)類并口技術(shù)型設(shè)備還有其自身的價(jià)值。2.3.2 打印機(jī)類打印機(jī)(LPT)并行口一般有 25 個(gè)引腳，其中包括 8 位數(shù)據(jù)線,5 位打印機(jī)狀態(tài)線,4位控制線，目前主要有三種打印機(jī)類型的并口：“Normal”、“EPP”和“ECP”。其中 Normal 又分為 4bit、8bit、半 8bit 等幾類。 Normal 是一種低速的并口模式，適合打印輸出。EPP 口(Enhanced Paralle Port)，即增強(qiáng)并行口，向下兼容所有在此之前存在的并行接口及外設(shè),是由 Intel、Xircom、Zenith 等一些公司開發(fā)的，目的是在外部設(shè)備間進(jìn)行雙向通訊。ECP 口(Extended Capabilities Port)即擴(kuò)展并行口，由 Microsoft 和 HP 開發(fā)，它具有和 EPP 一樣的速率和雙向通訊能力，但在多任務(wù)環(huán)境下，它能使用 DMA(直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)) 方式，所需緩沖區(qū)也不大?，F(xiàn)階段的主板大都支持以上三種并口模式，為盡量增強(qiáng)并口的性能一般都將并口設(shè)定為 ECP+EPP，但如果當(dāng)連接并口的外設(shè)出現(xiàn)兼容性錯(cuò)誤時(shí)，應(yīng)該將并口設(shè)置為 Normal 模式。打印機(jī)端口可供利用的資源比較豐富，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)較高速的雙向數(shù)據(jù)通信，而代價(jià)又很低。42.3.3 加密鎖類關(guān)于并口加密鎖的應(yīng)用領(lǐng)域較為特殊，常常為一些應(yīng)用軟件，做為軟件的硬授權(quán)進(jìn)行加密交換算法，達(dá)到保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的效果。這種并口加密鎖的應(yīng)用有特殊的并口通信協(xié)議，以脈沖形式的握手信號(hào)，可有效對(duì)抗各種跟蹤調(diào)試工具及軟件。更具有代碼移植技術(shù)，按傳統(tǒng)加密思想加密后的軟件系統(tǒng)中，軟件部分實(shí)際上仍然包含有原軟件系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)所需要的所有信息（指令算法和數(shù)據(jù)）。在經(jīng)過(guò)代碼移植技術(shù)加密的軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)的軟件部分已不完整，解密者即使歷盡千辛萬(wàn)苦把軟件分析透徹了，軟件系統(tǒng)的正常運(yùn)行還是離不開軟件狗的支持。該技術(shù)將待加密軟件與加密系統(tǒng)緊密配合，將需要保護(hù)的軟件完全封裝在黑盒中，通信過(guò)程中，將其中的若干根信號(hào)線作為數(shù)據(jù)傳輸線，若干根作為電源傳輸線；而且每根數(shù)據(jù)端口線的作用可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)再分配。這種方法可以讓端口分析儀幾乎失去作用，抗分析性極強(qiáng)。軟件部分目前只采用內(nèi)含式加密法分為五個(gè)模塊：底層 I/O 操作模塊、用戶接口模塊、反跟蹤模塊、異常處理模塊和全自動(dòng)操作模塊?，F(xiàn)今由于各類服務(wù)器及筆記本接口的發(fā)展，并口加密鎖也逐漸由 USB 口所替代，出現(xiàn)了更多的 USB 口的打印設(shè)備、加密鎖設(shè)備，但由于USB 口的驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ谙到y(tǒng)往往存在著不穩(wěn)定因素，因此兩種接口技術(shù)的設(shè)備共同存在。2.4 并口控制原理在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，接口是微處理器或CPU用來(lái)與其他組件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一組信號(hào)線。接口的典型應(yīng)用是連接打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、鍵盤、顯示器等除系統(tǒng)存儲(chǔ)器之外的幾乎所有組件和設(shè)備。大多數(shù)計(jì)算機(jī)接口都是數(shù)字式的，也就是說(shuō)，每個(gè)信號(hào)或者說(shuō)位，要么是0，要么是1。并口即打印機(jī)接口，它和RS一232端口一起構(gòu)成PC機(jī)通信的主要途徑。在一些新型PC機(jī)中，可能還有SCSI、USB、lrDA等其他端口，但傳統(tǒng)并口應(yīng)用的廣泛性和靈活性使其仍然是每臺(tái)PC機(jī)中不可或缺的部分。并行接口中各位數(shù)據(jù)都是并行傳送的，能一次同時(shí)輸出或輸入8個(gè)高低電平，代表8位二進(jìn)制，如8條線的電壓分別是：高、低、高、低、高、高、低、低，那就代表二進(jìn)制：10101100.這些電壓是可以自保持的，就是在你沒有控制它變化時(shí)，它可以保持原來(lái)的電壓，即所謂的寄存器鎖存功能。電腦可以通過(guò)改變并口上各線上電壓的高低，來(lái)達(dá)到控制外部設(shè)備5的目的。如圖2.1所示，圖中的并行接口是一個(gè)雙通道的接口，能完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。其中，數(shù)據(jù)的輸入/輸出是由輸入/輸出緩沖器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，狀態(tài)寄存器提供狀態(tài)信息供CPU查詢，控制寄存器接收來(lái)自CPU的各種控制命令。在數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中：輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)送給接口同時(shí)使“數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好”有效。接口把數(shù)據(jù)送給輸入緩沖寄存器時(shí)，使“數(shù)據(jù)輸入回答”信號(hào)有效，當(dāng)外設(shè)收到應(yīng)答信號(hào)后，就撤消“數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好”和數(shù)據(jù)信號(hào)。同時(shí)，狀態(tài)寄存器中的相應(yīng)位（“數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好”）有效，以供CPU查詢。當(dāng)然，也可采用中斷方式，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。CPU在讀取數(shù)據(jù)后，接口會(huì)自動(dòng)將狀態(tài)寄存器中的“數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好”位復(fù)位。然后，CPU進(jìn)入下一個(gè)輸入過(guò)程。在數(shù)據(jù)輸出過(guò)程中：當(dāng)CPU輸出的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)輸出緩沖寄存器后，接口會(huì)自動(dòng)清除狀態(tài)寄存器中的“輸出準(zhǔn)備好”狀態(tài)位，并且把數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備，輸出設(shè)備收到數(shù)據(jù)后，向接口發(fā)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，告訴接口數(shù)據(jù)已收到，接口收到信號(hào)后，將狀態(tài)寄存器中的“輸出準(zhǔn)備好”狀態(tài)位置“1”。然后，CPU進(jìn)入下一個(gè)輸出過(guò)程。圖2.1 并口控制原理圖2.5 并口控制模式隨著PC機(jī)設(shè)計(jì)的快速發(fā)展，生產(chǎn)廠商推出了幾種改進(jìn)型的并口。這些新型的并口與原始設(shè)計(jì)兼容，同時(shí)加入一些主要以提高速度為目的的新功能。PC機(jī)與外圍設(shè)備的速度不斷提高，它們所完成的工作越來(lái)越復(fù)雜，所要交換的信息日益增加，因此，并6口的速度也就日益重要。傳統(tǒng)并口的速度對(duì)于向點(diǎn)陣、菊花鏈?zhǔn)酱蛴C(jī)傳送代表ASCll字符的字節(jié)而言，已經(jīng)綽綽有余。但是，現(xiàn)在的打印機(jī)要完成在一頁(yè)中用不同顏色打印出不同字體、細(xì)致的圖表之類的工作，就必須從PC機(jī)得到更多的信息，PC機(jī)向打印機(jī)傳送這些信息的速度越快，打印機(jī)就能越迅速地開始處理和打印結(jié)果。更快的并口還可以使用戶能用便攜的、以外設(shè)形式出現(xiàn)的設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)方式下只能內(nèi)置于計(jì)算機(jī)的組件。如并口磁帶機(jī)或磁盤驅(qū)動(dòng)器可以方便地從一個(gè)系統(tǒng)移至另一個(gè)系統(tǒng)。1.SPP 即標(biāo)準(zhǔn)并口，數(shù)據(jù)是半雙工單向傳輸?shù)?，傳輸速度只?150/S，主要功能：為并行端口提供了 8 個(gè)數(shù)據(jù)線以進(jìn)行并行的字節(jié)傳輸，計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)數(shù)據(jù)線向打印機(jī)發(fā)送選能信號(hào)，以通知打印機(jī)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，打印機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，向計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)回應(yīng)信號(hào)（NACK）。2.PS/2 型 即簡(jiǎn)單雙向型，對(duì)并行接口的一種早期改進(jìn)方案是由 IBM 的 PS/2 引入的雙向數(shù)據(jù)端口，這種雙向端口容許外設(shè)每次向 PC 機(jī)發(fā)送 8 位信息?，F(xiàn)在，PS/2 型并口是指所有具有雙向數(shù)據(jù)端口，但不是后面介紹的 EPP 或 ECP 模式的并行接口。8字節(jié)模式是 PS/2 型并口可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)從外設(shè)到 PC 數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè) 8 位數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。3.ECP 即擴(kuò)充功能并口，它是由 HP 和 microsoft 首先推出的。ECP 是雙向接口，并能以 ISA 總線速度傳送數(shù)據(jù)。ECP 有緩沖區(qū)，支持直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)傳輸和數(shù)據(jù)壓縮。ECP 傳輸尤其適用打印機(jī)、掃描儀及其他需要進(jìn)行大塊數(shù)據(jù)傳送的外設(shè)。4.EPP 即增強(qiáng)型并行接口，最早是由芯片廠商 Intel，PC 廠商 Zenith 及并行接口網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品生產(chǎn)商 Xircom 研制的。它采用的是雙向數(shù)據(jù)線。在 ISA 擴(kuò)展總線的一個(gè)周期，也就是大約 1ms 的時(shí)間內(nèi)，EPP 可以完成包括握手聯(lián)絡(luò)在內(nèi)的一字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送。而同樣完成這一工作，SPP 或 PS/2 接口則需要使用 4 個(gè)總線周期。EPP 可以實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)向，因此它很適合用于磁盤、磁帶驅(qū)動(dòng)器等需要進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備。EPP 同樣是模擬 SPP 的，一部分 EPP 還可以模擬 PS/2 型并口工作。5.多模式接口，很多新型接口支持多種模式，可以工作在以上提到的部分或者全部模式下，用戶可以使用配置選擇，使用上述各種接口形式，或者使用其中一些而禁止其他。72.6 并口連接線最早的 Centronics 并口電纜長(zhǎng)度為 2 米，且只能支持 10KB/s 的數(shù)據(jù)率傳輸，對(duì)性能要求不高。為了把數(shù)據(jù)率提高到 2MB/s 以上，對(duì) IEEE1284 電纜提出許多特殊要求：1）因?yàn)槭遣⑿袛?shù)據(jù)，為避免傳輸時(shí)各 BIT 數(shù)據(jù)間的串?dāng)_，每條數(shù)據(jù)線都需要配合一條地線，形成雙絞線結(jié)構(gòu)；2） 每對(duì)信號(hào)和返回地線間的不平衡特性阻抗為 62 歐±6 歐（在頻帶 4M-16MHz上）；3）線間串?dāng)_不超過(guò) 10%； 4)電纜有屏蔽層，并與接頭的屏蔽殼連接，使用 360 度包裹。2.7 并口連接器并行接口，通常主機(jī)上是25針D型接口，打印機(jī)上是36針彈簧式接口（Centronics接口）。IEEE1284 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 3 種連接器，分別稱為 A、B、C 型：A 型：25PIN DB-25 連接器，只用于主機(jī)端。DB-25 孔型插座（也稱 FEMALE 或母DB-25針形電纜插頭（公頭）頭），用于 PC 機(jī)上，外形如附圖：這種 A 型的 DB-25 針型插頭（也稱 MALE 或公頭），因?yàn)槌叽巛^小，也有少數(shù)小型打印機(jī)（如 POS 機(jī)打印機(jī)等）使用（非標(biāo)準(zhǔn)使用），但電纜要短。 圖 2.2 A 型B 型：36PIN 0.085inch 間距的 Champ 連接器，帶卡緊裝置，也稱 Centronics 連接器，只用于外設(shè)。36PIN Centronics 插座 36PIN Centronics 插座（SOCKET 或8FEMALE），用于打印機(jī)上。圖 2.3 B 型C 型：新增加的 Mini-Centronics 36PIN 連接器，也有稱 MDR36，36PIN 0.050inch間距，帶夾緊裝置，既可用于主機(jī)，也可用于外設(shè)，應(yīng)用還不夠普遍，因有競(jìng)爭(zhēng)力的新的接口標(biāo)準(zhǔn)的不斷出現(xiàn)，普及應(yīng)用很難。圖 2.4 C 型3 并口控制實(shí)現(xiàn)3.1 并口訪問(wèn)PC 并口又稱打印機(jī)接口，與其他通用 I/O 口性質(zhì)完全一樣，它由一個(gè) 25 芯的 D型接口提供 TTL 輸入和輸出信號(hào)。一般它有 12 個(gè)輸出口和 5 個(gè)輸入口可供利用，能夠滿足雕刻機(jī)信號(hào)的要求，即利用程序通過(guò)輸出多通道數(shù)字波形實(shí)現(xiàn)對(duì)混合式步進(jìn)電機(jī)和電源的控制，以及通過(guò)鍵盤信號(hào)實(shí)現(xiàn)操作人員與控制系統(tǒng)的交互。通過(guò) windows 以及其他軟件等多種方式都可以對(duì)并口進(jìn)行讀寫，其中最直接的方法就是對(duì)并口數(shù)據(jù)寄存器的讀寫。進(jìn)行并口通訊，就是和 I/O 端口進(jìn)行通訊，無(wú)論是 windows 還是linux，都是把 I/O 端口的地址映射到進(jìn)程的內(nèi)存空間，而且地址可以通過(guò) BOIS 設(shè)置，在 linus 中可以通過(guò) Proc 文件系統(tǒng)查看。訪問(wèn)并口，就是訪問(wèn)并口的各個(gè)寄存器，這樣就有兩種方法，一是在用戶空間使用 C 函數(shù)庫(kù)直接訪問(wèn) I/O 端口，這是用戶空間驅(qū)動(dòng)；一是先寫內(nèi)核空間的驅(qū)動(dòng)，再在用戶空間通過(guò)內(nèi)核空間驅(qū)動(dòng)訪問(wèn)端口，這是內(nèi)核9空間驅(qū)動(dòng)。寫用戶空間驅(qū)動(dòng)還是內(nèi)核空間驅(qū)動(dòng)由幾個(gè)因素決定。內(nèi)核空間驅(qū)動(dòng)由于它不可剝奪，因此速度更快；在用戶空間只能按照內(nèi)核規(guī)定的方式訪問(wèn)硬件，因此它更加安全；由于在內(nèi)核中可以訪問(wèn)任意的地址空間，因此它可以更加靈活和方便的訪問(wèn)硬件。而用戶空間驅(qū)動(dòng)則更加容易實(shí)現(xiàn)，而且調(diào)試和運(yùn)行更加方便，因?yàn)樗话悴粫?huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰，并且不需要編譯整個(gè)系統(tǒng)，但是往往需要特定的權(quán)限才可以訪問(wèn)硬件。總之，如果為了方便可以寫用戶空間驅(qū)動(dòng)，為了效率和安全則應(yīng)該寫內(nèi)核驅(qū)動(dòng)空間。本課題的原理是將預(yù)先設(shè)定好的 G 代碼轉(zhuǎn)化為 EMC2 軟件能讀懂的信號(hào)，然后EMC2 軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)并口到驅(qū)動(dòng)板將信號(hào)放大給驅(qū)動(dòng)器脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)然后就是雕刻機(jī)正常運(yùn)行如下圖所示。G 代碼 驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電機(jī) 雕刻機(jī)EMC2輸出脈沖與方向圖 3.1 整體原理圖EMC（增強(qiáng)機(jī)器控制）是一款用來(lái)控制機(jī)床（銑床、車床等）的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，也是一款開源的自由軟件。當(dāng)前軟件只許可 GPL 和 LGPL 的版本。軟件具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1） 它提供了幾種不同的用戶界面可供使用，是一種 G 代碼翻譯器；（2） 是一種帶預(yù)處理功能的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)；（3） 可直接操作底層的機(jī)床電器如傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等；（4） 它獨(dú)有的“面包板層”可以使用戶像使用“面包板”做電路實(shí)驗(yàn)一樣很容易的創(chuàng)建適合自己機(jī)器的獨(dú)有配置文件；（5） 是可用梯形圖編程操作的 PLC 軟件；（6） 以上所有這些都集成到一張 Live-CD 上面，易于安裝。10但是這個(gè)軟件不提供 CAD 和 CAM 功能，不能畫圖，也不能從圖直接導(dǎo)出 G 代碼。它可以支持 9 軸聯(lián)動(dòng)并且還可以支持不同的接口。既能夠?qū)崿F(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)的運(yùn)動(dòng)控制，又能控制模擬 PWM 接口的伺服電機(jī)。在運(yùn)動(dòng)控制方面還具有很多優(yōu)點(diǎn)：刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償、路徑偏差可限制在給定的誤差范圍內(nèi)、車床車螺紋、多軸聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)適應(yīng)進(jìn)給速度、手動(dòng)進(jìn)給覆蓋、恒速控制等。通過(guò)調(diào)整運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊的參數(shù)還可以支持非笛卡爾運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。下面是 EMC 的部分圖。圖 3.2 EMC 界面圖11圖 3.3 EMC 界面圖3.1.1 并口管腳及寄存器標(biāo)準(zhǔn)的 PC 并口使用 3 個(gè) 8 位的端口寄存器。這些端口寄存器與并口管腳存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們可以通過(guò)這 3 個(gè)端口寄存器去監(jiān)控并口管腳，這三個(gè)端口寄存器依次是數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器、控制寄存器。其中每個(gè)端口都有自己的端口號(hào)，相當(dāng)于它們的地址。程序通過(guò)端口號(hào)來(lái)訪問(wèn)端口寄存器。PC 并口 1 的數(shù)據(jù)端口號(hào)為 3BCH，狀態(tài)端口號(hào)為 3BDH，控制端口號(hào)為 3BEH；PC 并口 2 的數(shù)據(jù)端口號(hào)為 378H，狀態(tài)端口號(hào)為 379H，控制端口號(hào)為 37AH；PC 并口 3 的數(shù)據(jù)端口號(hào)為 278H，狀態(tài)端口號(hào)為 279H，控制端口號(hào)為 37AH；1.數(shù)據(jù)寄存器：數(shù)據(jù)寄存器或稱數(shù)據(jù)端口保存了寫入數(shù)據(jù)輸出端口的字節(jié)信息。數(shù)據(jù)寄存器可以寫入數(shù)據(jù)，也可以讀出數(shù)據(jù)。寫入的是我們希望從數(shù)據(jù)寄存器引腳輸出的數(shù)據(jù)，讀出的是我們上次寫進(jìn)去或原來(lái)保留的數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)引腳：2 3 4 5 6 7 8 9（位：D0-D7）信號(hào)源是 PC。12表3.1 數(shù)據(jù)寄存器2.狀態(tài)寄存器：狀態(tài)端口或稱狀態(tài)寄存器保存的是 5 個(gè)輸入（位：S3-S7）的邏輯狀態(tài)。S0-S2 位不出現(xiàn)在并口連接器中。除了 S0 以外，狀態(tài)寄存器是只讀的，讀出的數(shù)據(jù)信息是狀態(tài)端口引腳上的邏輯狀態(tài)。S0 是支持 EPP 傳輸并口的超時(shí)標(biāo)志信息。對(duì)應(yīng)引腳：15 14 13 12 11 （S3-S7）信號(hào)源是外設(shè)。S7：打印機(jī)使用該信號(hào)表示打印機(jī)正處在忙狀態(tài)，不能再接受數(shù)據(jù)。S6：當(dāng)適配器發(fā)出選通信號(hào)時(shí)，打印機(jī)就會(huì)產(chǎn)生該信號(hào)作為響應(yīng)。S5：當(dāng)打印機(jī)缺紙時(shí)，他就會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)信號(hào)。S4：當(dāng)打印機(jī)恢復(fù)正常操作時(shí)，他就會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)信號(hào)。S3：當(dāng)打印機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)。表3.2 狀態(tài)寄存器133.控制寄存器：控制端口或稱控制寄存器保存了 C0-C3 的 4 位控制信息?？刂萍拇嫫魍ǔＳ脕?lái)輸出，但也可以作為輸入。要從控制位上讀取外部邏輯信號(hào)，首先將向相應(yīng)的輸出寫入1，然后讀取控制寄存器的值。對(duì)應(yīng)引腳：C0-1 C1-14 C2-16 C3-17。表3.3 控制寄存器在接線時(shí)沒有提及的針腳懸空不管。下圖為各個(gè)管腳功能：1415表3.4 并口引腳定義PC 并口控制采用并口輸出的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的接口。標(biāo)準(zhǔn)并口具有 12 個(gè)輸出位（D0-D7 、C0-C3） ，5 個(gè)輸入位（S3-S7） 。由于每路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需要 2 個(gè)數(shù)字位（脈沖、方向）控制，五軸系統(tǒng)共占用 10 個(gè)數(shù)字輸出位。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器放大并口輸出的脈沖和方向信號(hào)，使之驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。并口的輸入位用來(lái)檢測(cè)回零開關(guān)信號(hào)、限位開關(guān)信號(hào)以及急停輸入信號(hào)。但是由于輸入資源有限，采用將各個(gè)軸電機(jī)的正負(fù)限位和回零信號(hào)分別并聯(lián)的方法，每個(gè)并聯(lián)位各占用一個(gè)并口輸入位。具體結(jié)構(gòu)如圖 3.4：16圖 3.4 并口引腳EMC2的并口有17個(gè)引腳可用。對(duì)Stepconf Wizard來(lái)說(shuō)，是12個(gè)輸出引腳+5個(gè)輸入引腳（當(dāng)然還有其它的并口組合可用，不過(guò)不在Stepconf Wizard討論范圍之內(nèi)）。在這個(gè)頁(yè)面你能做的是為每個(gè)引腳選擇功能（輸出引腳有23種功能可選，輸入引腳有 40種功能可選，具體選哪個(gè)要參考你要和并口連接的硬件了）。如果信號(hào)電平是反的（0V代表true/active，而5V代表false/inactive），那就要把該引腳的“invert”選項(xiàng)勾上。Output pinout presets ：Sherline機(jī)床和Xylotex驅(qū)動(dòng)的并口順序都是固定的，所以EMC2在這個(gè)頁(yè)面為它們準(zhǔn)備了兩個(gè)快捷鍵，可以自動(dòng)設(shè)置第 2-9 腳。Inputs and Outputs ：不用的輸入引腳或輸出引腳都要設(shè)成“Unused”。External E Stop ： 外部急停開關(guān)，要設(shè)在某一個(gè)輸入引腳上。典型的急停開關(guān)回路應(yīng)使用常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。Homing & Limit Switches ：原點(diǎn)和限位開關(guān)，要設(shè)在某一個(gè)輸入引腳上。Charge Pump ： 電荷泵，有的驅(qū)動(dòng)板需要一個(gè)電荷泵信號(hào)輸入。這時(shí)可以選一個(gè)輸出引腳把它設(shè)成電荷泵功能，再把該引腳接到驅(qū)動(dòng)板的電荷泵輸入端就可以了。Stepconf會(huì)把電荷泵輸出和base thread關(guān)聯(lián)起來(lái)，電荷泵輸出的頻率將是“maximum step rate”的一半。3.1.2 并口的系統(tǒng)資源(l)尋址并口使用計(jì)算機(jī)的許多資源。每個(gè)接口都占用一個(gè)地址段，所不同的只是地址段的長(zhǎng)度和位置。許多接口配置有IRQ(中斷請(qǐng)求)等級(jí)，而 ECP還可能分配有DMA通道。17并口使用的系統(tǒng)資源不能與包括別的并口在內(nèi)的其他系統(tǒng)組件所占用的資源相沖突。標(biāo)準(zhǔn)并行接口使用三個(gè)連續(xù)地址，通常是下面列出地址范圍中的一個(gè):3BCh，3BDh，3BEh378h，379h，37Ah278h，279h，27Ah其中的第一個(gè)地址是接口的基地址，也稱為數(shù)據(jù)寄存器地址或簡(jiǎn)稱接口地址。第二個(gè)地址為接口的狀態(tài)寄存器地址，第三個(gè)則是控制寄存器地址。在早期的PC機(jī)中，并口基地址是3BCh ，新型系統(tǒng)采用378h作為基地址。但是系統(tǒng)為并口保留了上述的三組地址，只要并口硬件兼容，還是可以將它配置到其中任何一個(gè)地址域。通常DOS和Windows系統(tǒng)將第一個(gè)接口稱為L(zhǎng)PTI，第二個(gè)、第三個(gè)接口依次稱為L(zhǎng)PTZ和LPT3 。盡管第一個(gè)接口可以出現(xiàn)在任何一個(gè)地址域中，但通常它都放在378h處。(2)中斷大多數(shù)并口都可以檢測(cè)來(lái)自外設(shè)的中斷信號(hào)。外設(shè)可以通過(guò)使用中斷信號(hào)，通知PC機(jī)它已做好了接收或發(fā)送一個(gè)字節(jié)的準(zhǔn)備。要使用中斷，首先要為并口配置中斷請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)(IRQ) 。按照中斷請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)慣例， LPTI使用IRQ7，LPTZ使用IRQS。但是很多聲卡使用的也是IRQS，由于系統(tǒng)中的空閑IRQ可能很少，有時(shí) IRQ7也被占用。一些并口容許使用上述兩個(gè)優(yōu)先級(jí)之外的其他IRQ。(3)DMA通道ECP采用直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(DMA，DirectMemoryAccess) 方式進(jìn)行并口的數(shù)據(jù)傳輸。在DMA 傳輸過(guò)程中，CPU 可以處理其他工作，從而提高總體效率。要使用DMA 方式，必須為并口配置0一3個(gè)DMA通道。(4)尋找現(xiàn)存接口DOS和WindowS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)查詢現(xiàn)存接口，檢查其他系統(tǒng)資源的功能。使用Windowsgx時(shí)，在“控制面板”中依次點(diǎn)擊“系統(tǒng)” 、 “設(shè)備管理器” 、 “端口”選項(xiàng)，接著點(diǎn)開一個(gè)端口，就可以找到它的地址分配情況，如果有的話，還將給出端口的IRQ優(yōu)先級(jí)和DMA通道。在windows3.1和Dos系統(tǒng)中，可以使用MierosoftDia，ostie(msd.exe) 定位端口，指定IRQ優(yōu)先級(jí)和其他系統(tǒng)細(xì)節(jié)。183.1.3 并口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并口在硬件上包含數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口和控制端口，其對(duì)應(yīng)的地址為378h，379h，37燦(通常在一個(gè)并口情況下)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中描述了并口適配器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。在該適配器和微處理器之間使用PC總線接口進(jìn)行連接。適配器的輸出連接在一個(gè)25針D型連接器上。對(duì)于最近PC而言，許多適配器都集成在主板上了，并且還有一些PC使用插入式的適配器進(jìn)行連接。帶有區(qū)段標(biāo)記的命令譯碼器專門用來(lái)對(duì)地址信息進(jìn)行譯碼。該命令譯碼器使用10根地址線(AO~Ag)、IOR*、IOW* 和CONTROL作為其輸入信號(hào)，使用數(shù)據(jù)寫、數(shù)據(jù)讀、狀態(tài)讀、控制讀、控制寫作為其輸出信號(hào)。數(shù)據(jù)位DO一D7與緩沖器1、緩沖器2、緩沖器3輸出相連，同時(shí)這8個(gè)數(shù)據(jù)位也是鎖存器1和鎖存器2的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)。只有當(dāng)口百信號(hào)處于低電平時(shí)才可以使用這三個(gè)緩沖器，否則這三個(gè)緩沖器處于高阻狀態(tài)。只有當(dāng)輸入端口已經(jīng)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，并且輸入時(shí)鐘變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，鎖存器才起作用，并在輸入時(shí)鐘的上升沿開始數(shù)據(jù)傳輸。除了來(lái)自適配器的輸出信號(hào)外，狀態(tài)端口的某數(shù)據(jù)位還可以在控制端口某一位的控制下產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。圖 3.5 并口內(nèi)部結(jié)構(gòu)193.2 并口輸出并口接受來(lái)自計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)然后傳輸給控制器。通過(guò)并口可以進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出, 也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入, 非常適合于一般的數(shù)字 I/O。由于步進(jìn)電機(jī)有極高的轉(zhuǎn)行精度, 多工作在開環(huán)控制狀態(tài), 因此, 可以利用并口的數(shù)據(jù)輸出功能, 取代傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制電路中的脈沖信號(hào)發(fā)生器, 由程序控制并口產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字脈沖序列, 送于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路, 作為電脈沖信號(hào), 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。并口的端口設(shè)置是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)置程序自動(dòng)配置的, 初始化過(guò)程把并行端口配置成 LPT1( 對(duì)配有一個(gè)并口的通用型微機(jī)而言), 分配了相應(yīng)的中斷資源和不同的數(shù)據(jù)地址, 狀態(tài)地址和控制地址: IRQ7、 數(shù)據(jù)地址 0378H、 狀態(tài)地址 0379H、 控制地址 037AH。我們采用 PC 并口開環(huán)控制混合式步進(jìn)電機(jī)，由計(jì)算機(jī)的并口通過(guò)編制程序輸出進(jìn)給脈沖和方向脈沖給驅(qū)動(dòng)器，從而控制混合式步進(jìn)電機(jī)。因?yàn)檫@種方法主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)PC 并口可以在合適的程序控制下產(chǎn)生多通道數(shù)字波形，利用這一特性便可以同時(shí)控制多臺(tái)混合式步進(jìn)電機(jī)協(xié)調(diào)工作。(2)硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行。(3)在編制控制軟件時(shí)，可以采用多中國(guó)編程方式，不僅具有友好的人機(jī)交互界面，且實(shí)時(shí)性高。(4)利用計(jì)算機(jī)處理器進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，速度快、精度高，滿足激勵(lì)變化的要求。步進(jìn)電機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（稱為“步距角” ）一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)是沒有積累誤差，所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行是要有一個(gè)電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說(shuō)：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖的頻率成正比。因此，只要控制步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)的頻率就可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速，而控制步進(jìn)電機(jī)脈沖的個(gè)數(shù)就可以對(duì)電機(jī)精確定位。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器還可以對(duì)電機(jī)的步距角進(jìn)行細(xì)分。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，其步距角變小了。如驅(qū)動(dòng)器工作在 10 細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為“電機(jī)固有步距角”的十分之一，也就是說(shuō)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng) 1.8°；而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在 10 細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)了 0.18°，這就是細(xì)分的基本概念。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動(dòng)器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無(wú)關(guān)。要搞清楚步進(jìn)電機(jī)的接20線方式，首先我覺得應(yīng)該先弄懂步進(jìn)電機(jī)的工作原理。按照常理來(lái)說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)接線要根據(jù)線的顏色來(lái)區(qū)分接線。但是不同公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)線的顏色是不一樣的，特別是國(guó)外的步進(jìn)電機(jī)。這樣一來(lái)，步進(jìn)電機(jī)的接線就應(yīng)該用萬(wàn)用表打表。步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造如下圖：圖 3.6 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過(guò)上圖可知，A，A-是連通的，B，B-是連通的。那么，A 和 A-是一組 a，B和 B-是一組 b。因此要驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)無(wú)非是輪流給 a 組和 b 組線連續(xù)的脈沖，這樣步進(jìn)電機(jī)就能驅(qū)動(dòng)了。不管是兩相四線、四相五線還是四相六線步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是如此。至于究竟是四線、五線還是六線，就要看 A 和 A-之間，B 和 B-之間有沒有公共端 com 端。如果 a 組和 b 組各有一個(gè) com 端，則該步進(jìn)電機(jī)為六線。如果 a 組和 b 組的公共端連在一起則是五線的。所以，要弄清步進(jìn)電機(jī)如何接線，只需把 a 和 b 組分開就可以了。分開的方法就是用萬(wàn)用表測(cè)兩根線，如果相通便是一組。本課題用到的步進(jìn)電機(jī)便是兩相四線的，所以只要將這兩相分別如下圖所示接到驅(qū)動(dòng)器對(duì)應(yīng)的 A+，A- 和 B+，B-21上即可。驅(qū)動(dòng)器細(xì)分的優(yōu)點(diǎn)主要有：完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式電機(jī)）的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑。如果步進(jìn)電機(jī)有時(shí)要在共振區(qū)工作（如走圓?。?，選擇細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是唯一的選擇。不僅如此，細(xì)分還可以提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。尤其是對(duì)三相反應(yīng)式電機(jī)，其力矩比不細(xì)分時(shí)提高了約 30-40%。還能提高電機(jī)的分辨率，由于減小了步距角、提高了步距的均勻度，提高電機(jī)的分辨率也是不言而喻的。在接線驅(qū)動(dòng)器時(shí)，應(yīng)遵循功率線（電機(jī)相線，電源線）與弱電信號(hào)線分開的原則，以避免控制信號(hào)被干擾。在無(wú)法分別布線或有強(qiáng)干擾源（變頻器，電磁閥等）存在的情況下，最好使用屏蔽電纜傳送控制信號(hào)；采用較高電平的控制信號(hào)對(duì)抵抗干擾也有一定的意義。為了取得最滿意的驅(qū)動(dòng)效果，需要選取合理的供電電壓和設(shè)定電流。供電電壓的高低決定電機(jī)的高速性能，而電流設(shè)定值決定電機(jī)的輸出力矩。供電電壓的選定：一般來(lái)說(shuō)，供電電壓越高，電機(jī)高速時(shí)力矩越大，越能避免高速時(shí)掉步。但另一方面，電壓太高可能損壞驅(qū)動(dòng)器，而且在高電壓下工作時(shí)，低速運(yùn)動(dòng)振動(dòng)較大，所以要選用一個(gè)合適的電壓值。輸出電流的設(shè)定值：對(duì)于同一電機(jī)，電流設(shè)定值越大時(shí)，電機(jī)輸出力矩越大，但電流大時(shí)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱也比較嚴(yán)重。所以一般情況是把電流設(shè)成供電機(jī)長(zhǎng)期工作時(shí)出現(xiàn)溫?zé)岬贿^(guò)熱時(shí)的數(shù)值。本課題用到的是四線電機(jī)，一般情況下，四線電機(jī)的高速度模式是輸出電流設(shè)成等于或略小于電機(jī)額定電流值。這兩個(gè)引腳是兩個(gè)+5V 的高電平這兩個(gè)引腳分別是 X 軸的脈沖和方向信號(hào)這兩個(gè)引腳分別是 Z 軸的脈沖和方向信號(hào)這兩個(gè)引腳分別是 Y 軸的脈沖和方向信號(hào)22圖 3.7 驅(qū)動(dòng)板的實(shí)際接線圖驅(qū)動(dòng)板上的綠顏色的線接的是脈沖信號(hào)，與驅(qū)動(dòng)器上的脈沖端相連。棕色的線接的方向信號(hào)，與驅(qū)動(dòng)器上的方向端相連。至于橙色和藍(lán)色的線是驅(qū)動(dòng)板上的兩個(gè)+5V的接線端，橙色線是與公共端相連的（公共端接線要求是 TTL 電平） ，而藍(lán)色的線在SM-202A 上是與 ENA 端相連的，在 SH-20403 上是與脫機(jī)端相連的。這兩個(gè)端口的接線要求都是要懸空或者是接高電平（這里接的是高電平） ，否則驅(qū)動(dòng)器就處于自由狀態(tài)。圖 3.8 整體接線圖如上圖所示，計(jì)算機(jī)與驅(qū)動(dòng)板之間通過(guò)計(jì)算機(jī)并口連接，并由計(jì)算機(jī)控制板給驅(qū)動(dòng)板提供一個(gè) 5V 的電源。然后驅(qū)動(dòng)板通過(guò)四根信號(hào)線與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接在一起，一個(gè) 24V 的電源給驅(qū)動(dòng)器提供電流。最后就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與雕刻機(jī)上的各個(gè)軸的步進(jìn)電機(jī)相連以至驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)。4 并口控制應(yīng)用因?yàn)楣谈哌\(yùn)動(dòng)控制器成本較高等原因，結(jié)合并口控制的各種優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)用并口控制替換運(yùn)動(dòng)控制器控制，且保證實(shí)驗(yàn)臺(tái)原有的運(yùn)動(dòng)效率。234.1 固高運(yùn)動(dòng)控制器固高公司生產(chǎn)的GT運(yùn)動(dòng)控制器，可以同步控制四個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。本次試驗(yàn)用到的運(yùn)動(dòng)控制器型號(hào)是GT400SV-ISA-G。其含義為：GT——系列符號(hào)，GT 系列。400——可控軸數(shù),200:2 軸，300:3 軸，400:4 軸。SV——輸出類型，SV：模擬量或脈沖量；SP：脈沖量，有編碼器讀數(shù)功能；SG：高頻脈沖輸出(1MHz) ；SD：占空比可調(diào)脈沖輸出；SE：低頻脈沖輸出（256KHz） PCI——PCI總線。ISA——總線類型，ISA：ISA總線；PCI：PCI 總線。G——接口板類型，G：標(biāo)準(zhǔn)型；A：A/D轉(zhuǎn)換型；R：驅(qū)動(dòng)繼電器型；O：定制型。PCI系列運(yùn)動(dòng)控制器的外形結(jié)構(gòu)如圖4.1所示：24圖4.1 PCI系列運(yùn)動(dòng)控制器連接器示意圖固高電機(jī)控制系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制器，具有 PCI 插槽的 PC，具有增量式編碼器的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器電源，+12V 到+24V 直流電源（用于接口板電源），原點(diǎn)開關(guān)、正負(fù)限位開關(guān)。聯(lián)接電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器：在驅(qū)動(dòng)器沒有與控制卡聯(lián)接之前，聯(lián)接驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)。聯(lián)接控制卡和端子板，關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源，取出產(chǎn)品附帶的兩條屏蔽電纜。聯(lián)接控制器的 CN1 與端子板的 CN1，轉(zhuǎn)接板的 CN2 與端子板的 CN2，如圖 4.2 所示：圖 4.2 運(yùn)動(dòng)控制卡和端子板連接示意圖聯(lián)接端子板電源，端子板的 CN3 接外部電源。板上標(biāo)有+12V～+24V 的端子接+12V～+24V，標(biāo)有 OGND 的接外部電源地，至于使用的外部電源的具體的電壓值，取決外部的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的供電要求，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求選擇電源。專用輸入包括驅(qū)動(dòng)報(bào)警信號(hào)、原點(diǎn)信號(hào)和限位信號(hào)，通過(guò)端子板的CN5(CN6、CN7、CN8)、CN12與驅(qū)動(dòng)器及外部開關(guān)相連。CN5的定義見表5，CN12的定義見表4.2，連接方法見圖8。專用輸出包括驅(qū)動(dòng)允許，驅(qū)動(dòng)報(bào)警復(fù)位。專用輸出通過(guò)端子板CN5、CN6、CN7、CN8 與驅(qū)動(dòng)器聯(lián)接。CN5 對(duì)應(yīng) 1 軸，CN6 對(duì)應(yīng) 2 軸，CN7 對(duì)應(yīng) 3 軸，CN8 對(duì)應(yīng) 4 軸。CN5～CN8 的引腳定義相同，見表 4.1，連接方法見圖 4.3。25表 4.1 端子板 CN5（CN6、CN7、CN8）定義表 4.2 端子板 CN12 引腳定義26表4.3 端子板CN9引腳定義表4.4 端子板CN10引腳定義圖 4.3 專用輸入、輸出信號(hào)連接圖