一种数字式防失步步进电机转速控制器和控制方法与流程

本发明涉及步进电机转速控制器技术领域，具体地，涉及一种数字式防失步步进电机转速控制器和控制方法。

背景技术：

步进电机是一种将脉冲信号转换成角位移的执行器件，电机的转速与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率就可以调节电机的转速。

但现有步进电机应用时常会发生失步现象，造成步进电机不能正常运转。这种现象产生的原因主要是步进电机的实际矩频特性在驱动脉冲的频率较低时，步进电机的转矩比较大，随着频率的上升，转矩近似于线性下降，所以直接启动的最高频率有一个极限值。步进电机运行时，如果一次将速度升或降到给定值，由于实际运行的频率(启动频率)超过极限启动频率，转子跟不上，步进电机要发生失步现象，会造成不能正常运转，甚至产生堵转。

因此，提供一种在使用过程中可以克服步进电机在频繁启停、频率发生突变的过程中发生失步，造成不能正常运转，甚至产生堵转问题的一种数字式防失步步进电机转速控制器和控制方法是本发明亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术中克服现有技术中步进电机在频繁启停、频率发生突变的过程中发生失步，造成不能正常运转，甚至产生堵转现象，提供一种数字式防失步步进电机转速控制器和控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种数字式防失步步进电机转速控制器，所述控制器包括：高频振荡器、分频器、可逆计数器、数字比较器、拨盘开关、控制门和低频振荡器；

所述高频振荡器和所述分频器相连，所述可逆计数器的输出端和所述分频器的预置端相连，所述可逆计数器的输出端还和所述比较器的一组输入端相连，所述比较器的另一组输入端和所述拨盘开关相连，所述比较器的输出和所述控制门相连，所述控制门的输出和所述可逆计数器相连，所述控制门的输入连接有所述低频振荡器。

优选地，所述控制器还包括：环形分配器和驱动电路；

所述分频器分频后的方波信号先送至所述环形分配器中，再送所述驱动电路驱动步进电机旋转。

优选地，所述数字比较器包括：多片sn54s854位幅度比较器；

多片所述sn54s854位幅度比较器互相级联。

优选地，所述分频器包括：多片系数乘法器sn74167；

所述多片系数乘法器sn74167互相级联，对所述高频振荡器的方波信号进行分频。

优选地，所述可逆计数器包括：多片bcd可逆计数器sn74192；多片所述bcd可逆计数器sn74192互相级联，所述bcd可逆计数器sn74192可逆计数器sn74192的多个输出端分别和所述分频器的置数输入端相连，以对分频器的分频系数进行预置，输出步进电机运转所需要的脉冲频率。

本发明还提供了一种数字式防失步步进电机转速控制方法，所述方法包括：

利用所述高频振荡器产生的高频方波信号送给所述分频器进行分频，产生驱动步进电机所需的方波频率信号；

利用所述可逆计数器对所述分频器输出的方波信号频率进行预置；

通过所述数字比较器控制所述可逆计数器，以使得所述拨盘开关的予置值与所述可逆计数器的输出值相等；其中，

当所述拨盘开关的予置值大于所述可逆计数器的输出值时，所述数字比较器通过控制门控制所述可逆计数器作加法计数，以使得所述可逆计数器的输出值增大；

当所述拨盘开关的予置值小于所述可逆计数器的输出值时，所述数字比较器通过控制门控制所述可逆计数器作减法计数，以使得所述可逆计数器的输出值减小；

利用所述低频振荡器对所述可逆计数器的输出值的变化速度进行控制。

优选地，所述方法还包括：

将所述分频器分频后的方波信号先送至所述环形分配器；

将环形分配器分配后的方波信号送所述驱动电路驱动步进电机旋转。

优选地，所述数字比较器通过多片所述sn54s854位幅度比较器互相级联构成。

优选地，所述分频器通过多片系数乘法器sn74167互相级联构成，以对所述高频振荡器的方波信号进行分频。

优选地，所述可逆计数器通过多片所述bcd可逆计数器sn74192互相级联构成，以对分频器的分频系数进行预置，输出步进电机运转所需要的脉冲频率。

根据上述技术方案，本发明提供的一种数字式防失步步进电机转速控制器在使用时的有益效果为：该数字式防失步步进电机转速控制器由于采用数字控制，控制精确，其中低频振荡器的频率可调，可根据不同步进电机的特性具体调整，较为灵活，能有效解决步进电机变速过程中的失步问题，保证了步进电机的可靠运行。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明；而且本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一种优选的实施方式中提供的数字式防失步步进电机转速控制器的结构框图；

图2是本发明的一种优选的实施方式中提供的数字式防失步步进电机转速控制器的电路原理图；

图3是本发明的一种优选的实施方式中提供的数字式防失步步进电机转速控制方法的流程图。

附图标记说明

1高频振荡器2分频器

3环形分配器4驱动电路

5步进电机6可逆计数器

7数字比较器8拨盘开关

9控制门10低频振荡器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明提供了一种数字式防失步步进电机转速控制器，所述控制器包括：高频振荡器、分频器、可逆计数器、数字比较器、拨盘开关、控制门和低频振荡器；

所述高频振荡器和所述分频器相连，所述可逆计数器的输出端和所述分频器的预置端相连，所述可逆计数器的输出端还和所述比较器的一组输入端相连，所述比较器的另一组输入端和所述拨盘开关相连，所述比较器的输出和所述控制门相连，所述控制门的输出和所述可逆计数器相连，所述控制门的输入连接有所述低频振荡器。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述控制器还包括：环形分配器和驱动电路；所述分频器分频后的方波信号先送至所述环形分配器中，再送所述驱动电路驱动步进电机旋转。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述数字比较器包括：多片sn54s854位幅度比较器；多片所述sn54s854位幅度比较器互相级联。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述分频器包括：多片系数乘法器sn74167；所述多片系数乘法器sn74167互相级联，对所述高频振荡器的方波信号进行分频。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述可逆计数器包括：多片bcd可逆计数器sn74192；多片所述bcd可逆计数器sn74192互相级联，所述bcd可逆计数器sn74192可逆计数器sn74192的多个输出端分别和所述分频器的置数输入端相连，以对分频器的分频系数进行预置，输出步进电机运转所需要的脉冲频率。

根据上述内容，本发明提供的数字式防失步步进电机转速控制器的工作原理为：所述高频振荡器1和所述分频器2相连，产生高频方波信号送给所述分频器2进行分频，产生驱动步进电机所需的方波频率信号，分频后的方波信号送环形分配器3再送驱动电路4驱动步进电机5旋转。可逆计数器6的输出端和分频器2的预置端相连，对输出方波信号频率进行预置，由于可逆计数6的输出端还和数字比较器7的一组输入端相连，数字比较器7的另一组输入端和拨盘开关8相连，可逆计数器6的输出为当前频率预置数值，拨盘开关8为欲改变的频率数值，当拨盘开关8数值大于可逆计数器6的输出值，数字比较器7上的控制门9产生的输出使可逆计数器6做加法，使输出频率增大；同理，当拨盘开关8数值小于可逆计数器6的输出值，数字比较器7上的控制门9产生的输出使可逆计数器6做减法，使输出频率减小。可逆计数器6的计数时钟端和低频振荡器10相连，受其脉冲控制，可逆计数器6做加法或者做减法时输出端的数据不会突变，其变化的快慢是由低频振荡器10的频率所决定的，只要把低频振荡器10的频率设计的比较低，可逆计数器6的输出就会按照此低速率进行加法或减法，保证了频率变化速度不超过极限启动频率，使步进电机5在加速和减速过程中不会失步，直至加到数字比较器7的可逆计数器6的输出数值和拨盘开关8数值相等时，数字比较器7输出一信号给门电路，切断低频振荡器10信号，可逆计数器6停止计数，步进电机5稳定在所要求的转速。

如图2所示，以下再具体举例说明所述数字式防失步步进电机转速控制器的工作原理：

高频振荡器1产生的方波信号送给分频器2，分频器2包括四片系数乘法器sn74167互相级联，对高频振荡器1的方波信号进行分频，可逆计数器6由四片bcd可逆计数器sn74192互相级联构成，可逆计数器sn74192的输出端qa、qb、qc、qd分别和系数乘法器sn74167的置数输入端b1、b2、b3、b4相连，对分频器2的分频系数进行预置，输出步进电机运转所需要的脉冲频率，数字比较器7由四片sn54s85互相级联构成，sn54s85数字比较器的工作原理如下：sn54s85数字比较器是4位并行数值比较器，用来对a和b两组数值进行比较，三个输出端分别为a>b端、a＝b端、a<b端，a组输入端来自拨盘开关的输出端，b组的输入端来自bcd可逆计数器sn74192输出端qa、qb、qc、qd，当拨盘开关8的予置值大于bcd可逆计数器sn74192的输出值，也就是步进电机转速的对应状态值时，数字比较器sn54s85的a>b输出端为“1”，使bcd可逆计数器sn74192作加法计数，直到拨盘开关8的予置值等于bcd可逆计数器sn74192的输出值时，数字比较器sn54s85“a＝b”输出端为“1”，使4片计数器bcd可逆计数器sn74192停止计数，步进电机转速线性上升到到预定的转速。反之，当拨盘开关8的予置值小于4片计数器bcd可逆计数器sn74192的输出值，比较器sn54s85的“a<b”输出端为“1”，使4片计数器bcd可逆计数器sn74192作减法计数，直到拨盘开关8的予置值等于4片计数器bcd可逆计数器sn74192的输出值时，数字比较器sn54s85的“a＝b”输出端为“1”，使计数器4片计数器bcd可逆计数器sn74192停止计数，步进电机的转速亦下降到预定的转速。

这里，4片bcd可逆计数器sn74192的计数时钟脉冲由低频振荡器10提供，改变低频振荡器10的振荡频率，也就改变了4片计数器bcd可逆计数器sn74192的计数速度，使计数器的速度不能突变，使4片计数器bcd可逆计数器sn74192的输出值按照低频振荡器10的频率逐步递增(或递减)到拨盘开关8的予置值，使驱动10的频率的不会突变，有效防止了步进电机失步现象。

如图3所示，本发明还提供了一种数字式防失步步进电机转速控制方法，所述方法包括：

利用所述高频振荡器产生的高频方波信号送给所述分频器进行分频，产生驱动步进电机所需的方波频率信号；

利用所述可逆计数器对所述分频器输出的方波信号频率进行预置；

通过所述数字比较器控制所述可逆计数器，以使得所述拨盘开关的予置值与所述可逆计数器的输出值相等；其中，

当所述拨盘开关的予置值大于所述可逆计数器的输出值时，所述数字比较器通过控制门控制所述可逆计数器作加法计数，以使得所述可逆计数器的输出值增大；

当所述拨盘开关的予置值小于所述可逆计数器的输出值时，所述数字比较器通过控制门控制所述可逆计数器作减法计数，以使得所述可逆计数器的输出值减小；

利用所述低频振荡器对所述可逆计数器的输出值的变化速度进行控制。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述方法还包括：

将所述分频器分频后的方波信号先送至所述环形分配器；

将环形分配器分配后的方波信号送所述驱动电路驱动步进电机旋转。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述数字比较器通过多片所述sn54s854位幅度比较器互相级联构成。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述分频器通过多片系数乘法器sn74167互相级联构成，以对所述高频振荡器的方波信号进行分频。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述可逆计数器通过多片所述bcd可逆计数器sn74192互相级联构成，以对分频器的分频系数进行预置，输出步进电机运转所需要的脉冲频率。

根据上述内容，本发明提供的数字式防失步步进电机转速控制器的工作原理为：所述高频振荡器1和所述分频器2相连，产生高频方波信号送给所述分频器2进行分频，产生驱动步进电机所需的方波频率信号，分频后的方波信号送环形分配器3再送驱动电路4驱动步进电机5旋转。可逆计数器6的输出端和分频器2的预置端相连，对输出方波信号频率进行预置，由于可逆计数6的输出端还和数字比较器7的一组输入端相连，数字比较器7的另一组输入端和拨盘开关8相连，可逆计数器6的输出为当前频率预置数值，拨盘开关8为欲改变的频率数值，当拨盘开关8数值大于可逆计数器6的输出值，数字比较器7上的控制门9产生的输出使可逆计数器6做加法，使输出频率增大；同理，当拨盘开关8数值小于可逆计数器6的输出值，数字比较器7上的控制门9产生的输出使可逆计数器6做减法，使输出频率减小。可逆计数器6的计数时钟端和低频振荡器10相连，受其脉冲控制，可逆计数器6做加法或者做减法时输出端的数据不会突变，其变化的快慢是由低频振荡器10的频率所决定的，只要把低频振荡器10的频率设计的比较低，可逆计数器6的输出就会按照此低速率进行加法或减法，保证了频率变化速度不超过极限启动频率，使步进电机5在加速和减速过程中不会失步，直至加到数字比较器7的可逆计数器6的输出数值和拨盘开关8数值相等时，数字比较器7输出一信号给门电路，切断低频振荡器10信号，可逆计数器6停止计数，步进电机5稳定在所要求的转速。

综上所述，本发明提供的数字式防失步步进电机转速控制器和控制方法克服现有技术中克服现有技术中步进电机在频繁启停、频率发生突变的过程中发生失步，造成不能正常运转，甚至产生堵转现象。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。