3.2 Построение модуля управления.

Для управления 3-мя шаговыми двигателями требуется 12 логических управляющих выводов и 6 каналов ШИМ (3 платы драйвера на каждый двигатель, плата имеет 4 логических входа и 2 аналоговых входа). Кроме этого нужно обрабатывать входные сигналы от концевых переключателей, а их 5 штук. У компьютера есть LPT-порт, с 17-ю контактами, которые можно использовать как логические входы/выходы, но их недостаточно. Поэтому в этом случает нужно использовать микроконтроллер.

Используем контроллеры AVR. AVR — семейство восьмибитных микроконтроллеров фирмы Atmel. Год разработки — 1996. Система команд микроконтроллеров AVR весьма развита и насчитывает в различных моделях от 90 до 133 различных инструкций. Большинство команд занимает только 1 ячейку памяти (16 бит). Большинство команд выполняется за 1 такт.

Минимальное требуемое количество ножек микроконтроллера. Помимо тех что были подсчитаны раннее (23 ножки для управления драйверами и принятия сигналов с концевиков) прибавим сюда пины для программирования по SPI-интерфейсу ( 4 вывода) и пины для принятия сигналов с компьютера. Предполагается, что для управления шаговым двигателем на более высоком уровне компьютер будет посылать логический импульс по одному проводу (не считая земли) для проворачивания ротора на один шаг, потребуется второй провод для указания направления вращения. Итак 6 пинов для принятия сигналов с компьютера, плюс ещё 2 резервных, если нужно будет послать некую информацию обратно. Назовём разъём LiLn (название будет обоснованно в описании программы), выводы разъёма.

Итого, получаем 35 выводов – минимальное число пинов микроконтроллера, которые будут входить в состав портов.

Больше всего подходит микроконтроллер ATMega128, по следующим параметрам:

1. Общее число ножек: 64. Число ножек, которые можно использовать в качестве входов/выходов: 54, чего с запасом достаточно (требуется 35).

2. Количество каналов ШИМ, которые можно включить на аппаратном уровне одновременно: 7. (требуется 6).

3. Оптимальная тактовая частота 8 МГц, большинство команд выполняются за 1 такт, значит одна команда выполниться за 0.125 мкс, что приемлемо для нашей математической модели.

Настройка уровней ШИМ.

При расчёте уровня ШИМ для конкретного тока в обмотке ШД нужно учитывать множество параметров электрической цепи: блок питания – драйвер – ШД, что достаточно сложно. Ток не пропорционален уровню ШИМ, в силу действия очень многих факторов. Есть очень простое решение этой проблемы: внести значение уровня ШИМ в энергонезависимую память микроконтроллера для каждого тока из круговой диаграммы. Используем EEPROM (англ. Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) — электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ (ЭСППЗУ), один из видов энергонезависимой памяти (таких как PROM и EPROM). Память такого типа может стираться и заполняться данными несколько десятков тысяч раз. Для настройки достаточно кнопки и 2-светодиодов (один светодиод для индикации текущего двигателя, другой для текущего тока), а также программы-сценария для структурированное внесения данных.

В качестве разъёмов используем для информационных входов/выходов DIP10, в который будет втыкаться вилка со шлейфом. Для питания 5-ю вольтами – клеммник 305-021-12.

В итоге, какие разъёмы и для чего следует предусматреть на плате управления:

1. Разъём DIP10 управления 1-м ШД.

2. Разъём DIP10 управления 2-м ШД.

3. Разъём DIP10 управления 3-м ШД.

4. Разъём DIP10 для программирования МК по SPI.

5. Разъём DIP10 для приёма команд от компьютера.

6. Разъём DIP10 для приёма сигналов от концевиков.

7. Клеммник для питания 5-ю вольтами.

Выше указанной информации достаточно для составления принципиальной схемы и разводки печатной платы для модуля управления.

После разводки ПП выводы разъёмов приняли следующее расположение:

Разъём для связи с компьютером:

1. MzLi – шаг ШД на оси Z.

2. MyLi – шаг ШД на оси Y.

3. MyLn – направление вращения ШД на оси Y.

4. MxLi – шаг ШД на оси X.

5. MxLn – направление вращения ШД на оси X.

6. GND – логическая земля.

7. GND – логическая земля.

8. Lt – резервный вывод.

9. Lk – резервный вывод.

10. MzLn – направление вращения ШД на оси Z.

Разъём для принятия сигналов с концевых переключателей:

1. MzK1 – 1-й концевик на оси Z.

2. MyK2 – 2-й концевик на оси Y.

3. MyK1 – 1-й концевик на оси Y.

4. MxK2 – 2-й концевик на оси X.

5. MxK1 – 1-й концевик на оси X.

6. GND – логическая земля.

7. GND – логическая земля.

8. GND – логическая земля.

9. GND – логическая земля.

10. GND – логическая земля.