基于VC++的步進(jìn)電機(jī)控制方法探討

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī)，但步進(jìn)電機(jī)的控制通常都采用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，本文結(jié)合SC3步進(jìn)電機(jī)控制器及平移臺(tái)的控制開(kāi)發(fā)為例，介紹了一種如何在Windows平臺(tái)下利用VisualC++6.0提供的串行通信控件MSComm來(lái)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與步進(jìn)電機(jī)控制器之間的數(shù)據(jù)通訊，最終實(shí)現(xiàn)由PC機(jī)直接控制步進(jìn)電機(jī)的方法，并詳細(xì)介紹了編寫(xiě)串行通信程序的基本步驟和方法。調(diào)試結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的控制程序簡(jiǎn)單、易懂，工作可靠，且具有友好的人機(jī)交互界面。

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器，在控制系統(tǒng)中具有十分廣泛的用途，但傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)的控制通常都采用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，本文利用VC++提供的串行通信控件MSComm實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與步進(jìn)電機(jī)控制器之間的串行通信。與DOS下串行通信程序不同的是，Windows不提倡應(yīng)用程序直接控制硬件，而是通過(guò)Windows操作系統(tǒng)提供的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。串行口在Win32中是作為文件來(lái)進(jìn)行處理的，而不是直接對(duì)端口進(jìn)行操作，對(duì)于串行通信，Win32提供了相應(yīng)的文件I/O函數(shù)與通信函數(shù)，通過(guò)了解這些函數(shù)的使用，可以編制出符合不同需要的通信程序。

實(shí)現(xiàn)串行通信一般有3種方法：使用VC++提供的串行通信控件MSComm；在單線程中實(shí)現(xiàn)自定義的串口通信類(lèi)；多線程下實(shí)現(xiàn)串行通信。結(jié)合實(shí)際情況，本系統(tǒng)采用VC++提供的串行通信控件MSComm來(lái)進(jìn)行軟件編程，可以很方便地管理與控制計(jì)算機(jī)串口。

1、系統(tǒng)組成

由PC機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)如圖1所示。

圖1PC機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)的電機(jī)控制采用通用的RS232串口的異步通信。由于RS232早期是為促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯電平對(duì)地是對(duì)稱的，與TTL、MOS邏輯電平完全不同。邏輯0電平規(guī)定為+5～+15V之間，邏輯1電平規(guī)定為-5～-15V之間，因此，RS232驅(qū)動(dòng)器與TTL電平連接必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換。

2、控制軟硬件的技術(shù)參數(shù)

本系統(tǒng)采用卓立漢光儀器有限公司生產(chǎn)的SC3步進(jìn)電機(jī)控制器及平移臺(tái)，實(shí)現(xiàn)平移臺(tái)的三維控制（x，y，z）。利用RS232串口異步通信完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的單步和連續(xù)移動(dòng)控制，并且把電機(jī)的實(shí)際位置數(shù)據(jù)反饋給PC機(jī)處理。

電控平移臺(tái)的機(jī)械指標(biāo)如下：
（1）精密電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)：型號(hào)RSA200用于x軸。轉(zhuǎn)動(dòng)范圍>±40°；傳動(dòng)比180∶1；小步距0.0003125°；臺(tái)面直徑Φ200；分辨率0.00125°；重復(fù)定位精度0.005°；最大速度25/s；中心最大負(fù)載60kg。
（2）重載型電控平移臺(tái)：型號(hào)TSA300B，用于z軸。最小步距0.00315mm；重復(fù)定位精度0.005mm；加固定平移臺(tái)有效行程為150mm。
（3）超薄型電控平移臺(tái)：型號(hào)TSA30C，用于y軸。最小步距為0.002mm；重復(fù)定位精度0.005mm；有效行程30mm。SC3步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)有手動(dòng)和聯(lián)動(dòng)方式，手動(dòng)能設(shè)置的操作有：速度設(shè)定、歸零操作、方向設(shè)定、位移量設(shè)定等，聯(lián)機(jī)方式可以使電機(jī)的運(yùn)動(dòng)直接受應(yīng)用軟件控制。由于是進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，因此應(yīng)用程序必須嵌入原控制器的控制指令及協(xié)議。
該指令系統(tǒng)主要有以下幾條：
聯(lián)絡(luò)指令指令格式：“？R"CHR$（13）
該指令發(fā)出200ms以內(nèi)SC3回送：“OK”CHR$（10），表示聯(lián)絡(luò)成功。
查詢指令指令格式：“？V”CHR$（13）
SC3接到該指令后回送：“Vnumber”CHR$（10）。其中number為ASC碼表示的SC3當(dāng)前速度值。范圍0～255。
坐標(biāo)查詢指令指令格式：“？X”CHR$（13）或“？Y”CHR$（13）或“？Z”CHR$（13）
SC3接到該指令后回送：“X+number”CHR$（10），或“Xnumber”CHR$（10），其他軸類(lèi)似。其中number為以ASC碼表示的SC3當(dāng)前坐標(biāo)值，正負(fù)號(hào)代表當(dāng)前位置在開(kāi)機(jī)位置（0位）的正負(fù)方向的位置。
速度設(shè)置指令指令格式：“V”numberCHR$（13）
其中number為以ASC碼表示的速度設(shè)置值。范圍0～255。
歸零指令指令格式：“HX”CHR$（13）或“HY”CHR$（13）或“HZ”CHR$（13）
SC3接到此類(lèi)指令后進(jìn)行歸零操作。完成歸零操作后回送：“OK”CHR$（10），表示SC3歸零完畢。
零狀態(tài)查詢指令指令格式：“？H”CHR$（13）
SC3接到此類(lèi)指令后回送：“H000”CHR$（10）
其中000的含義：
第一位數(shù)值：1表示z軸歸零成功，0表示z軸未歸零。
第二位數(shù)值：1表示y軸歸零成功，0表示y軸未歸零。
第三位數(shù)值：1表示x軸歸零成功，0表示x軸未歸零。
運(yùn)行指令指令格式：“Xdirectionnumber”CHR$（13）或“Ydirectionnumber”CHR$（13）或“Zdirectionnumber”CHR$（13）