來源：《國外電子元器件》

     摘要：c504是德國siemens公司生產(chǎn)的單片微控制器，文中介紹了c504單片機在步進電機控制方面的應(yīng)用，給出了利用c504的資源優(yōu)勢，經(jīng)過一定的擴展來對步進電機進行控制的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及方法，另外，該控制系統(tǒng)還具有人機對話功能和較高的性能價格比。

     關(guān)鍵詞：c504

     步進電機 ccu 步距角

     步進電機是一種脈沖電機，它是一種能將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可廣泛用于無需反饋控制而要求有精確位置的場合，為了改善步進電機的工作特性以及減少硬件電路的連接，近幾年來多采用單片機對其控制，但由于各類單片機的功能、容量和價格不同，因而其性能和成本也各不相同。鑒于c504單片機在電機控制方面的獨特結(jié)構(gòu)和大容量、低價格的特點，本文將介紹以c504控制芯片為核心的步進電機控制系統(tǒng)，并在滿足性能要求的前提下，實現(xiàn)了人機對話，從而使整個系統(tǒng)具有較高的性能價格比。

     1 步進電機 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

     1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

     步進電機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它主要由單片機控制系統(tǒng)、光電耦合電路、驅(qū)動電路及檢測、保護電路組成。系統(tǒng)中的步進電機采用三相步進電機，它有a、b、c三個勵磁線圈，可工作于三相單三拍、雙三拍及六拍方式下。為了減小步距角，可對三相勵磁線圈采用單雙相輪流通電的方式，通電次序為a-ab-b-bc-c-ca，以構(gòu)成三相六拍分配方式，步進電機的步距角為：60/z（度），其轉(zhuǎn)速由單片機所輸出的脈沖來控制，當(dāng)控制脈沖的頻率發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)速也發(fā)生變化。

     為了能有足夠的功率驅(qū)動步進電機和具有較高的效率，作為控制信號與執(zhí)行元件之間橋梁的驅(qū)動電路，采用以大功率場效應(yīng)管作為功放管的恒流斬波驅(qū)動電路形式，可以使電機在工作時具有較大的為矩和較好的矩頻特性。該系統(tǒng)可把c504單片機ccu單元輸出的三相彼此間隔為t/3的脈沖信號進行放大以驅(qū)動電機，從而實現(xiàn)三相六拍的通電次序并能夠運行。由c504單片機組成的控制系統(tǒng)主要完成對整個系統(tǒng)的控制檢測和保護，它在輸出一定頻率的脈沖信號的同時，還能隨時接受過電流檢測電路的信號及時封鎖控制脈沖信號，從而實現(xiàn)對步進電機的保護。

     1.2 鍵盤/顯示電路

     為了滿足工作需要，該控制系統(tǒng)設(shè)計有鍵盤/顯示電路，它利用c504外接的可編程i/o接口芯片8279來構(gòu)成44鍵盤和四位的led顯示器，以實現(xiàn)人機對話和對頻率及步數(shù)的顯示，從而完成對清零、復(fù)位、啟動、停止、上升、下降、頻率、步數(shù)、單步、時間、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、三拍/六拍等功能的設(shè)置。設(shè)計時，通過選取8279的四根sl0～3控制鍵盤的列線電四根sr0～3作為行線，8279的輸出b0～3和a0～3作為數(shù)據(jù)口，鍵盤采用逐列掃描查詢方式工作，顯示器采用軟件譯碼動態(tài)掃描顯示方式。這種設(shè)計操作方便、可靠。

     1.3 保護電路及抗干擾措施

     為了對場效應(yīng)管和步進電機進行保護，系統(tǒng)除了c504的內(nèi)部硬保護電路以外，還設(shè)置了過壓、過流保護電器，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力；它們的工作原理為：取相應(yīng)的電壓和電流信號送到由運算放大器接成的比較器與給定值進行比較，比較結(jié)果一方面經(jīng)與門送到c504的ctrap端，一方面送到鎖存器。若發(fā)生故障，則使crtap處于低電平，通過控制ccu的初始化寄存器，使控制端邏輯處于封鎖狀態(tài)，以封鎖向外輸出的脈沖，并使場效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)，從而完成對步進電機的保護。最后，再通過ccu的控制寄存器的狀態(tài)字使系統(tǒng)進入復(fù)位狀態(tài)，并進行故障判斷和故障代碼顯示以便維修。

     為了防止干擾對系統(tǒng)運行造成影響，在c504的內(nèi)部設(shè)置有一個15位可編程看門狗定時單元和rc振蕩器看門狗電路，它們可分別對軟件運行和晶振源的頻率進行監(jiān)控；若發(fā)生程序跑飛或死機，可通過15位可編程看門狗定時單元計數(shù)的溢出來使cpu自動進入復(fù)位狀態(tài)和休眠等待狀態(tài)；若系統(tǒng)工作頻率不正常，也可通過rc振蕩器看門狗電路控制，也可使cpu自動進入復(fù)位狀態(tài)和休眠等待狀態(tài)；rc振蕩器看門狗電路框圖如圖2所示，它的工作原理為：當(dāng)系統(tǒng)工作時，cpu