基于VC++的步进电机控制方法探讨

作者：中南民族大学 陈家凤 彭其圣

欢迎访问e展厅 展厅 1 电动机展厅 三相异步电动机, 单相电机, 马达, 伺服电机, 直流电机, ... 摘要：步进电机是一种将电脉冲信号转换为线位移或角位移的电机，但步进电机的控制通常都采用汇编语言或C语言进行软件开发，本文结合SC3步进电机控制器及平移台的控制开发为例，介绍了一种如何在Windows平台下利用Visual C++6.0提供的串行通信控件MSComm来实现PC机与步进电机控制器之间的数据通讯，最终实现由PC机直接控制步进电机的方法，并详细介绍了编写串行通信程序的基本步骤和方法。调试结果表明：设计的控制程序简单、易懂，工作可靠，且具有友好的人机交互界面。 关键词：步进电机；Visual C++；串行通信；MSComm控件 A Discussion of the Measure on the Controlling of Stepper Motor in VC++ CHEN Jiafeng，PENG Qisheng (Department of Electronic and Information Engineering,Southcentral University for Nationalities,Wuhan,430074,China) Abstract：Stepper motor is a kind of motor of translating electrical pulse into displacement Ordinarily,the software of control system for stepper motor is programmedby assemble or C language The paper introduces a method of programming realizing serial communication between PC and stepper motor in VC++6.0 based MSComm control by SC3 stepper motor contoller The basal process and method ofprogramming serial communication are introduced. The result shows that designed program is simple and understandable and higher reliability and friendly manmachine conversation interface Keywords：stepper motor；Visual C++；serial communication；MSComm control 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的机电式数模转换器，在控制系统中具有十分广泛的用途，但传统的步进电机的控制通常都采用汇编语言或C语言进行软件开发，本文利用VC++提供的串行通信控件MSComm实现PC机与步进电机控制器之间的串行通信［1］。与 DOS下串行通信程序不同的是，Windows不提倡应用程序直接控制硬件，而是通过Windows操作系统提供的设备驱动程序来进行数据传送。串行口在Win32中是作为文件来进行处理的，而不是直接对端口进行操作，对于串行通信，Win32提供了相应的文件I/O函数与通信函数，通过了解这些函数的使用，可以编制出符合不同需要的通信程序。 实现串行通信［2］一般有3种方法［3］：使用VC++提供的串行通信控件MSComm［4］；在单线程中实现自定义的串口通信类；多线程下实现串行通信。结合实际情况，本系统采用VC++提供的串行通信控件MSComm来进行软件编程，可以很方便地管理与控制计算机串口。 1 系统组成 由PC机控制步进电动机的系统如图1所示。 本系统的电机控制采用通用的RS 232［5］串口的异步通信。由于RS 232早期是为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准，其逻辑电平对地是对称的，与TTL、MOS逻辑电平完全不同。逻辑0电平规定为+5~+15 V之间，逻辑1电平规定为-5~-15 V之间，因此，RS 232驱动器与TTL电平连接必须经过电平转换。 2 控制软硬件的技术参数 本系统采用卓立汉光仪器有限公司生产的SC3步进电机控制器及平移台，实现平移台的三维控制（x,y,z）。利用RS 232串口异步通信完成对步进电机的单步和连续移动控制，并且把电机的实际位置数据反馈给PC机处理。 电控平移台的机械指标如下： (1)精密电控旋转台：型号RSA200用于x轴。转动范围>±40°；传动比180∶1；小步距0.000 312 5°；台面直径Φ200；分辨率0.00125°；重复定位精度<0.005°；最大速度25/s；中心最大负载60 kg。 (2)重载型电控平移台：型号TSA300B，用于z轴。最小步距0.003 15 mm；重复定位精度<0.005 mm；加固定平移台有效行程为150 mm。 (3)超薄型电控平移台：型号TSA30C，用于y轴。最小步距为0.002 mm；重复定位精度<0.005 mm；有效行程30 mm。SC3步进电机控制器设有手动和联动方式，手动能设置的操作有：速度设定、归零操作、方向设定、位移量设定等，联机方式可以使电机的运动直接受应用软件控制。由于是进行二次开发，因此应用程序必须嵌入原控制器的控制指令及协议。 该指令系统主要有以下几条： 联络指令指令格式：“?R" & CHR$(13) 该指令发出200 ms以内SC3回送：“OK”& CHR$(10),表示联络成功。 查询指令指令格式：“?V”& CHR$(13) SC3接到该指令后回送：“V number” & CHR$(10)。其中number为ASC码表示的SC3当前速度值。范围0~255。 坐标查询指令指令格式：“?X”& CHR$(13) 或“?Y”& CHR$(13)或“?Z”& CHR$(13) SC3接到该指令后回送：“X+number” & CHR$(10),或“Xnumber” & CHR$(10)，其他轴类似。其中number为以ASC码表示的SC3当前坐标值，正负号代表当前位置在开机位置（0位）的正负方向的位置。 速度设置指令指令格式：“V”& number & CHR$(13) 其中number为以ASC码表示的速度设置值。范围0~255。 归零指令指令格式：“HX”& CHR$(13) 或“HY”& CHR$(13) 或“HZ”& CHR$(13) 。 SC3接到此类指令后进行归零操作。完成归零操作后回送：“OK”& CHR$(10),表示SC3归零完毕。 零状态查询指令指令格式：“?H”& CHR$(13) SC3接到此类指令后回送：“H000” & CHR$(10) 其中000的含义： 第一位数值：1表示z轴归零成功，0表示z轴未归零。 第二位数值：1表示y轴归零成功，0表示y轴未归零。 第三位数值：1表示x轴归零成功，0表示x轴未归零。 运行指令指令格式：“Xdirectionnumber”& CHR$(13)或“Y directionnumber”& CHR$(13)或“Z directionnumber”& CHR$(13) 3 软件实现 3.1 利用VC++提供的串行通信控件MSComm实现串行通信 首先，在VC++［5］的对话框中创建通信控件，若Control工具栏中缺少该控件，可通过菜单Project→Add toProject→Components and Control插入即可，再将该控件从工具箱拉到对话框中。此时，你只需要关心控件提供的对Windows通信驱动程序的API函数的接口，即只需要设置和监视MSComm控件的属性和事件。 在ClassWizard中为新建的通信控件定义成员对象（CMSComm m_Serial）,通过该对象便可以对串口属性进行设置，MSComm控件共有27个属性，其中主要包括： Commport：设置并返回通信端口号，缺省为COM1。 Settings：以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位。 PortOpen：设置并返回通信端口的状态，也可以打开和关闭端口。 Input：从接收缓冲区返回和删除字符。 Output：向发送缓冲区写入字符串。 InputLen：每次设置Input读入的字符个数，缺省值为0，表明读取接收缓冲区中的全部内容。 InBufferCount：返回接收缓冲区中已接收到的字符数，将其置0可以清除接收缓冲区。 InputMode：定义Input属性获取数据的方式（为0：文本方式；为1：二进制方式）。 RThreshold和SThreshold属性，表示在OnComm事件发生之前，接收缓冲区或发送缓冲区中可接收的字符数。 以下是通过设置控件属性对串口进行初始化的实例： 打开所需串口后，需要考虑串口通信的时机。在接收或发送数据过程中，可能需要监视并响应一些事件和错误，所以事件驱动是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。使用OnComm事件和CommEvent属性捕捉并检查通信事件和错误的值。发生通信事件或错误时，将触发OnComm事件，CommEvent属性的值将被改变，应用程序检查CommEvent属性值并作出相应的反应。在程序中用ClassWizard为CMSComm控件添加OnComm消息处理函数： 3.2 系统初始化 在执行应用程序时首先必须进行初始化，其初始化程序框图如图2所示。 运行程序时，视图执行初始化操作函数OnInitialUpdate()，该函数内要先打开串口1，通过设置对象m_ContrCom各成员函数，设置好各通信参数： 然后经过一个位置选择对话框，通常选“保持原来的位置”，然后就发出询问各轴的坐标值的指令。流程如图2所示。除x轴是直接发送坐标询问指令获得坐标数据外，其他2个轴都是通过连续的2个定时器来询问坐标的，定时器响应后执行图3的程序。此后就进入待操作画面。 3.3 运行操作的编程 在电机运动操作区的各文本框内输入某一轴向的位移值、速度值，按下“运行”按钮，则程序会把位移值转化为字符型的实际要运行的步数，通过串口送到SC3步进电机控制器，控制对应的轴的电机运行相应的步数。运行结束后，SC3会返回一个“OK”字符至串口，PC机接受到这个字符后，就知道电机运行结束，然后向串口发送坐标询问指令，SC3会回送有关坐标数据，PC机接到这些数据后进行处理运算并在文本框中显示出来。这样就结束了一个完整的运行操作。 所有主要的PC机和SC3控制器的有关数据通信程序都在MSComm控件内。包括所有的接受、识别返回字符，各轴向坐标的运算和显示。 当步进运动完毕后，返回到PC机的数据为步进电机已经运行的步数，根据这个步数要计算相应的坐标，必须知道各轴的脉冲当量。步进电机每走一步，电移台的位移等于脉冲当量，即分辨率。 坐标值=初始坐标+运行步数*脉冲当量 平移台脉冲当量=丝杠导程mm*步距角/（360*细分数） 旋转台（x轴）的脉冲当量（度）=步进电机步距角/（传动比*细分数） 其中细分数是由控制器后面板拨码开关设置的。 步进电机的步距角都为1.8°，纵轴的丝杠导程为1 mm，横轴为4 mm，旋转轴传动比为180∶1，细分数为2，则根据以上公式可得出： 纵轴（z）脉冲当量=1/100 横轴（y）脉冲当量=1/400 旋转轴（x）脉冲当量=1/200 4 结语 在PC机和单片机之间实现串行通信控制是近几年很受欢迎、较为流行的方法。本文介绍的运用MSComm控件来编制的由PC机对步进电机直接控制的应用软件具有友好的人机交互界面，且编程简便、工作可靠,是一种切实有效的方法。同时，这种串行控制方法和技术还可运用于相应的工业控制场合。 参考文献 ［1］李朝青.ＰＣ机及单片机数据通信技术Ｍ］.北京：北京航空航天大学出版社，1999. ［2］［美］Joe Campbell.串行通信C程序员指南［Ｍ］.徐国定译.北京:清华大学出版社，1995. ［3］Herbert Schildt,Schildt′sExpert C++［M］.MCGrawHill,1998. ［4］［美］Young Michael J.Visual C++6从入门到精通［Ｍ］邱仲潘，等译.北京：电子工业出版社，1999. ［5］向世明.Visual C++数字图像与图形处理［Ｍ］.北京：电子工业出版社，2002.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/20/2006)