一种带USB接口的伺服电机驱动控制器的制作方法

本实用新型属于电机驱动控制技术领域，特别是涉及一种带USB接口的伺服电机驱动控制器。

背景技术：

现有伺服电机驱动器大多数都带有显示和输入功能，但是它们基本上都是通过LED或LCD来显示，通过键盘、按钮或触摸屏来实现输入设置，但在实际使用这些键设置驱动器时，非常费时，操作过程比较繁琐、不方便；同时由于LED显示位数和可显字符的限制，对驱动器参数的显示和运行信息的显示太少。目前也有少量的驱动器用RS232接口或RS485接口来进行通信，然后通过笔记本电脑进行设置和显示，但是现在许多笔记本电脑都已经没有了该类串行通讯口，要使用上述的RS232接口或RS485接口通讯就得增加USB转RS232接口或RS485接口的转换器，给使用带来了不便。

因此，有必要提供一种新的带USB接口的伺服电机驱动控制器来解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种带USB接口的伺服电机驱动控制器，能够方便的通过笔记本电脑或手机终端实现对驱动控制器的参数设置，通讯效率高，使用方便且成本较低。

本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种带USB接口的伺服电机驱动控制器，其包括USB接口U502、对USB接口U502信号进行控制的USB接口控制芯片U501、与USB接口控制芯片U501通讯的SPI通讯串口、与所述SPI通讯串口进行通讯的上位机，所述USB接口控制芯片U501包括振荡波发生模块、电源控制保护模块以及芯片复位判断模块。

进一步的，所述振荡波发生模块包括两端分别连接所述USB接口控制芯片U501中XI引脚与XOUT引脚的晶体振荡器X501、与所述晶体振荡器X501一端连接的振荡电容C510以及与所述晶体振荡器X501另一端连接的振荡电容C511，所述振荡电容C510与所述振荡电容C511的共同连接端接地连接。

进一步的，所述电源控制保护模块包括电源输入端VCC、与所述电源输入端VCC连接且限定所述USB接口控制芯片U501中的RSTI引脚获得的高电平宽度的电容C507、与所述电容C507连接的电阻R544以及与所述USB接口控制芯片U501中的V3引脚连接的退藕电容C509，所述电阻R544与所述退藕电容C509的另一端接地连接。

进一步的，所述USB接口U502中的一个引脚与所述电源输入端VCC连接，且在连接路线上设置有分压电阻R540。

进一步的，所述电源控制保护模块还包括对所述电源输入端VCC电源进行保护的滤波电容C506和退藕电容C508，所述滤波电容C506和所述退藕电容C508的一端与所述电源输入端VCC连接且另一端接地连接。

进一步的，所述电源输入端VCC与所述USB接口控制芯片U501中的VCC引脚连接。

进一步的，所述芯片复位判断模块包括与所述电源输入端VCC连接的发光二极管LED、与所述发光二极管LED连接的限流电阻R543，所述限流电阻R543的另一端与所述USB接口控制芯片U501中的ACT#引脚连接。

进一步的，所述USB接口控制芯片U501中的INT#引脚端连接有中断请求输入，且在该输入端设置有下拉电阻R542。

进一步的，所述SPI通讯串口与所述USB接口控制芯片U501中的DCK引脚、DIN引脚、DOUT引脚以及CS0引脚连接。

进一步的，还包括控制面板，所述控制面板包括显示屏、位于所述显示屏下方的指示灯、位于所述指示灯下方的调整按钮模块以及插接USB连接线的USB端口。

与现有技术相比，本实用新型一种带USB接口的伺服电机驱动控制器的有益效果在于：采用USB接口数据连接线将上位机与控制器中的USB接口连接起来；当在电源输入端VCC接通电源时，电源首先通过电容C507、电阻R544产生一个高电平的脉冲信号(宽度约200ms)给USB接口控制芯片U501，使芯片复位，接着通过在安装有驱动程序的上位机上配置芯片参数，待发光二极管LED点亮，即表示芯片配置成功，则芯片可以通过SPI通讯串口与其相连的上位机进行同步串行通讯，从而便可以在上位机上查看运行数据和运行曲线等。

【附图说明】

图1为本实用新型实施例的控制原理示意图；

图2为本实用新型实施例中控制面板的结构示意图之一；

图3为本实用新型实施例中控制面板的结构示意图之二；

图4为本实用新型实施例中控制面板的结构示意图之三。

【具体实施方式】

实施例：

请参照图1，本实施例为带USB接口的伺服电机驱动控制器，其包括USB接口U502、对USB接口U502信号进行控制的USB接口控制芯片U501、与USB接口控制芯片U501通讯的SPI通讯串口、与所述SPI通讯串口进行通讯的上位机。

USB接口控制芯片U501包括振荡波发生模块、电源控制保护模块、芯片复位判断模块以及若干金属引脚。所述引脚的名称、类型以及说明如表1所示。

表1 USB接口控制芯片U501引脚说明

所述振荡波发生模块包括两端分别连接USB接口控制芯片U501中XI引脚8与XOUT引脚9的晶体振荡器X501、与晶体振荡器X501一端连接的振荡电容C510以及与晶体振荡器X501另一端连接的振荡电容C511，振荡电容C510与振荡电容C511的共同连接端接地连接。晶体振荡器X501与振荡电容C510、振荡电容C511配合产生稳定的振荡波形形成时钟信号。

所述电源控制保护模块包括电源输入端VCC、与电源输入端VCC连接且限定USB接口控制芯片U501中的RSTI引脚2获得的高电平宽度的电容C507、与电容C507连接的电阻R544以及与USB接口控制芯片U501中的V3引脚4连接的退藕电容C509。电阻R544与退藕电容C509的另一端接地连接。电容C507与电阻R544共同决定上电时RSTI引脚2上获得的高电平宽度；在电源输入端VCC接入3.3V电源电压时，V3引脚4直接连接外部VCC输入电源；当源输入端VCC接入5V电源电压时，V3引脚4直接连接0.01uF退藕电容C509，可防止电路通过电源形成的正反馈通路而引起的寄生振荡。

USB接口U502中的一个引脚与电源输入端VCC连接，且在连接路线上设置有分压电阻R540。所述电源控制保护模块还包括对电源输入端VCC电源进行保护的滤波电容C506和退藕电容C508，滤波电容C506和退藕电容C508的一端与电源输入端VCC连接且另一端接地连接。通过滤波电容C506降低了交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出，并结合退藕电容C508减少器件产生的噪声对电源的干扰，从而实现对电源输出的保护。电源输入端VCC与USB接口控制芯片U501中的VCC引脚20连接。

所述芯片复位判断模块包括与电源输入端VCC连接的发光二极管LED、与发光二极管LED连接的限流电阻R543，限流电阻R543的另一端与USB接口控制芯片U501中的ACT#引脚1连接。当芯片复位完成后，ACT#引脚1低电平输出，发光二极管LED点亮，则表示芯片配置成功。USB接口控制芯片U501中的RST#引脚19输出端连接有下拉电阻R545，复位期间，RST#引脚19输出为低电平，复位完成后，输出高电平，通过观测此引脚信号，可以判断芯片复位成功与否。

USB接口控制芯片U501中的INT#引脚端连接有中断请求输入，且在该输入端设置有下拉电阻R542，避免误触发中断请求。本方案中的上位机包括PC电脑、手机等通讯终端。

SPI通讯串口与USB接口控制芯片U501中的DCK引脚13、DIN引脚17、DOUT引脚15以及CS0引脚10连接。DCK引脚13永不单向输出同步时钟，DIN引脚17用于单向输入数据，DOUT引脚15用于单向输出数据，CS0引脚10用于选择设备。

请参照图2-图4，本实施例带USB接口的伺服电机驱动控制器还包括控制面板，所述控制面板包括显示屏1a、位于显示屏1a下方的指示灯1b、位于指示灯1b下方的调整按钮模块1c以及插接USB连接线的USB端口1d。

本实施例带USB接口的伺服电机驱动控制器通过在控制器硬件设备端安装USB接口U502，然后通过设置SB接口控制芯片U501将USB接口U502信号进行处理后实现与SPI通讯串口的通讯，从而实现具有无线或有线通讯功能的上位机对驱动控制器的参数设置功能。

USB接口控制芯片U501内置了USB上拉电阻，VD+引脚5和VD-引脚6直接连接到USB接口U502总线上。USB接口控制芯片U501芯片内置了电源上电复位电路。USB接口控制芯片U501芯片正常工作时需要外部向XI引脚8提供12MHz的时钟信号，该时钟信号由USB接口控制芯片U501内置的反相器通过晶体振荡器X501、振荡电容C510以及振荡电容C511配合产生。USB接口控制芯片U501芯片支持5V电源电压或者3.3V电源电压。当使用5V工作电压时，USB接口控制芯片U501芯片的VCC引脚20输入外部5V电源；当使用3.3V工作电压时，V3引脚4与VCC引脚20相连接，同时输入外部的3.3V电源，从而将与USB接口控制芯片U501相连接的其它电路的工作电压控制在3.3V以内。

SPI通讯串口的基本操作元素包括：片选选中、片选结束、位输出、位输入。其中，片选选中定义为CS0引脚10输出有效电平(低电平)；片选结束定义为CS0引脚10输出为高电平；位输出定义为当DCK引脚13为低电平时，DOUT引脚15输出位数据，然后DCK引脚13输出高电平脉冲；位输入定义为当DCK引脚13为高电平时，从DIN引脚17输入位数据。

SPI通讯串口的数据输入和输出以字节为单位，每个字节含8个位，高位在前。SPI通讯串口每接收完上位机(电脑或手机等)发送过来的一个字节，便把该字节储存于芯片内部的缓冲区中；每当接收完预先定义好的一帧数据包(数据帧的字节长度通过配置芯片参数确定，范围为8～1023字节，不足8字节按8字节传输)时，芯片立即把接收到位于数据缓冲区的数据以字节为单位按照先进先出的原则，以SPI通讯的方式往下位机(驱动器)送出接收到的数据；同理，当每接收完下位机(驱动器)发送过来的一个字节，便把该字节储存于芯片内部的缓冲区中；每当接收完预先定义好的一帧数据包时，芯片立即把接收到位于数据缓冲区的数据以字节为单位按照先进先出的原则，以USB通讯的方式往上位机送出接收到的数据。

本实施例带USB接口的伺服电机驱动控制器的工作原理为：采用USB接口数据连接线将上位机与控制器中的USB接口连接起来；当在电源输入端VCC接通电源时，电源首先通过电容C507、电阻R544产生一个高电平的脉冲信号(宽度约200ms)给USB接口控制芯片U501，使芯片复位，接着通过在安装有驱动程序的上位机上配置芯片参数，待发光二极管LED点亮，即表示芯片配置成功，则芯片可以通过SPI通讯串口与其相连的上位机进行同步串行通讯，从而便可以在上位机上查看运行数据和运行曲线等。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。