基于ATmega16的氣動標(biāo)記控制系統(tǒng)設(shè)計

時間：2011-05-29 13:44:00

關(guān)鍵字：控制系統(tǒng)設(shè)計 ATMEGA16 ATMEGAL6 信號

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[導(dǎo)讀]1 引言　　氣動標(biāo)記機廣泛應(yīng)用于銘牌、各種零部件及汽車大梁，但隨著需求變化，對標(biāo)記機的穩(wěn)定性、便攜性、多任務(wù)性提出了更高要求。標(biāo)記軟件由以前的DOS系統(tǒng)升級到Win98、Win2000，WinXP等版本，功能越來越復(fù)雜，然

1 引言

　　氣動標(biāo)記機廣泛應(yīng)用于銘牌、各種零部件及汽車大梁，但隨著需求變化，對標(biāo)記機的穩(wěn)定性、便攜性、多任務(wù)性提出了更高要求。標(biāo)記軟件由以前的DOS系統(tǒng)升級到Win98、Win2000，WinXP等版本，功能越來越復(fù)雜，然而，硬件設(shè)計幾乎沒有變化。

　　由于普通標(biāo)記機控制系統(tǒng)的標(biāo)記專用軟件將圖形信息轉(zhuǎn)化為脈沖信息后需通過I/O接口(ISA、PC擴展卡或并口)輸出至驅(qū)動控制板，然后再由驅(qū)動電路執(zhí)行機構(gòu)工作。但目前大多數(shù)個人PC機、筆記本電腦都取消并口、串口配置的擴展I/O卡，而使用IJSB接口。普通標(biāo)記機的PWM信號采用555振蕩器和多個阻容元件構(gòu)成一個無穩(wěn)態(tài)的占空比和頻率均可調(diào)的多諧振蕩器，當(dāng)調(diào)整PWM信號時，打開控制箱，則通過調(diào)節(jié)兩只可調(diào)電阻調(diào)整PWM信號的頻率和占空比。為了解決上述標(biāo)記機控制系統(tǒng)存在的缺點，采用單片機ATmegal6和USB轉(zhuǎn)換RS232接口器件CH341T組成通信接口，標(biāo)記控制系統(tǒng)升級到USB接口：采用ATmegal6的相頻修正PWM替換555振蕩電路，可直接通過PC軟件修正PWM信號的頻率和占空比，使得PWM信號調(diào)整便捷。

　　2 ATmegal6相位與頻率修正PWM模式

　　ATmegal6相位與頻率修正PWM模式是一種頻率與占空比精確的PWM信號。采用固定TOP值的工作模式，即16種PWM波形產(chǎn)生模式的模式8，簡稱相頻修正PWM模式。

　　相頻修正PWM模式基于雙斜坡操作，其工作時序如圖1所示。TCNTn重復(fù)從BOTTOM計數(shù)到TOP，然后又從TOP返回至BOTTOM。在一般比較輸出模式下，當(dāng)TCNTn向TOP計數(shù)時，若TCNTn與OCRlx相匹配，OClx清零，并置為低電平;當(dāng)TCNTn向BOTTOM計數(shù)時，若TCNTn與OCRlx相匹配，OC1x置為高電平，工作于反向輸出比較時正好相反。比較單元在OClx引腳輸出PWM波形，其輸出PWM的頻率

　　變量N是分頻因子(1、8、64、256或1024);變量fclk為CPU時鐘;變量TOP是計數(shù)器最大值。如果PwM工作頻率已知，

則當(dāng)TOP確定后，調(diào)整OCRlx值。即調(diào)整占空比來獲得所需的PWM波形。采用固定TOP值工作模式時，建議使用ICRl寄存器定義TOP，這樣OCRlA就可采用OC1A輸出的PWM(共用相同4氣動標(biāo)記機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計采用改進后的標(biāo)記機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為安裝在PC上的人機交互界面和燒寫ATmegal6的實時控制軟件。其前者負責(zé)把圖形信息轉(zhuǎn)換成脈沖信息及設(shè)置標(biāo)記機運動相關(guān)參數(shù)，如速度、PWM頻率和占空比等;后者負責(zé)接收PC發(fā)送的信息，并進行相關(guān)處理，再將當(dāng)前硬件信息返回到PC。傳輸?shù)男畔⒎譃閮纱箢悾阂活愂菐Ч潭ㄐ畔㈩^和固定信息尾的普通數(shù)據(jù)幀;另一類是無信息頭和無信息尾的脈沖數(shù)據(jù)幀信號。這樣可以大大減少在標(biāo)記過程中的數(shù)據(jù)發(fā)送量，降低ATmegal6在實時標(biāo)記過程中斷脈沖輸出任務(wù)處理接收串口數(shù)據(jù)的次數(shù)，使得執(zhí)行機構(gòu)運動更流暢。有信息頭和信息尾的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)為：表1所示的主任務(wù)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)和表2所示的次任務(wù)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。表2中的參數(shù)信息的字節(jié)個數(shù)是根據(jù)次任務(wù)識別信息區(qū)分是否帶參數(shù)或帶參數(shù)的字符個數(shù)。

　　步進電機的步進間隔時間是離散的，速度控制實質(zhì)是控制步進電機產(chǎn)生步進間隔時間，使步進電機按給定的速度工作。若Ti為相鄰兩次走步間的時間間隔(秒)，Vi為進給一步后的末速度(步/秒)，a為下一步加速度。則利用

　　等式，計算相鄰兩步問的時間間隔。由于計算比較繁瑣，因此，一般不采用在線計算控制速度，而是采用離線計算求得各個Ti，通過延時時間表把Ti編人程序中，然后按照表地址依次取出下一步進給的值，通過延時程序或定時器產(chǎn)生給定的時間間隔，發(fā)出相應(yīng)的走步命令即可計算相鄰兩步問的時間間隔。圖4為該標(biāo)記控制系統(tǒng)的軟件流程。

　　ATmegal6的基準(zhǔn)時鐘采用11.059 2 MHz無源晶體振蕩器。串口通訊協(xié)議為波特率19 200 bit/s,8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗位。驅(qū)動器使用M542型(64細分)，57BYG步進電機。最大標(biāo)記幅面滿足260 mm×260 mm，數(shù)字/字母(4 mm高)的刻寫速度3-6個/秒。該系統(tǒng)適用于平面、旋轉(zhuǎn)、平面一旋轉(zhuǎn)混合式標(biāo)記。

　　5 結(jié)語

　　基于ATmegal6和CH341T改進的標(biāo)記機控制系統(tǒng)大大緩解PC機的工作負擔(dān);應(yīng)用基于ATmegal6的相頻修正PWM模式，可通過軟件調(diào)整高頻電磁閥所需的PWM信號;使用TIPl22三極管替換直流繼電器后，驅(qū)動電路更簡便和便宜。標(biāo)記控制軟件從原來常用的并口模式或插擴展卡的模式升級到USB模式，適合于臺式PC機和筆記本電腦.現(xiàn)已實現(xiàn)多標(biāo)記頭在一臺PC機控制下的異步工作。