【文章內(nèi)容簡介】 第二節(jié) 步進電機的驅(qū)動 步進電機與其它的電機不同，在 使用 控制 過程中， 步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控 制系統(tǒng) 控制。 它的工作原理是利用電子電路， 用環(huán)形分 9 配器等為步進電機提供 多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電 。 如圖 所示 （放大器個數(shù)可根據(jù)步進電機相數(shù)而定）。 圖 步進電機 驅(qū)動 圖 一 、脈沖信號的產(chǎn)生 脈沖信號一般 可以 由單片機或 CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為 左右，電機轉(zhuǎn)速越高， 需要的 脈沖信號 占 空比 就 越大。 二 、信號分配 我們可以通過環(huán)形分配器將信號處理成我們想要的信號。以 四相 的 感應(yīng)子式步進電機為 例 ，四相電機工作方式也有二種，四相四拍為 ABBCCDDAAB,步距角為 度；四相八拍為 ABBBCCCDDDAA,(步距角為 度）。 三 、功率放大 功率放大 部分也 是驅(qū)動系統(tǒng) 中非常 重要的部分。步進電機在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式，到目前為止，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流、細分數(shù)等。 這里可以采用放大器對 信號進行放大，從而達到需要的效果。 10 第三節(jié) 接口 設(shè)計 接口部分主要是將 各種功能部件 相互連接起來，并提供 傳送信息的公共通信干線 。通常采用一些標準的 接口 總線連接。其中 I/ 0 接口 加接口設(shè)備主要完成被測輸入信號的采集、放大、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換。不同的總線有其相應(yīng) 的 I/0 接口硬件設(shè)備。 隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，總線標準也有了很大的變動，從早期的 GPIB總線，PCI總線標準串口，到現(xiàn)在的 VXI， PXI， IEEl394。總 線標準總是沿著高速化，高兼容性，大功率電源，良好的冷卻、抗電磁干擾的方向發(fā)展。目前使用較多的I／ O接口總線標準有 PCI總線和 PXI總線。下面對這 兩 種總線標準作簡要的介紹。 PCI總線 (外設(shè)互聯(lián)總線 )與傳統(tǒng)的總線標準 ISA總線 (工 業(yè)標準結(jié)構(gòu)總線 )相比，具有更高的傳輸率 (132MB／ s)、支持 32位處理器、支持 DMA、即插即用等優(yōu)勢。這使之成為目前臺式計算機的事實 I／ 0總線標準。對于基于計算機的測試儀器， PCI總線滿足了在插卡和系統(tǒng)存儲器中高速傳輸數(shù)據(jù)的要求，這為將計算機應(yīng)用到新的測試儀器提供了很好的途徑。 PXI總線是 PCI總線在儀器領(lǐng)域的擴展 (PCI Extenslons for InstrumentatlOn)，目前尚未成為國際標準。其最主要的電氣規(guī)范由 PCI總線發(fā)展而來，同時對電源、空氣冷卻裝置、抗電磁干擾和惡劣環(huán)境的結(jié)構(gòu)等做了規(guī)范，在底板上定義了多種儀器專用線，包括用于多板同步的觸發(fā)總線和 10MHz參考時鐘、用于進行精確定時的星形觸發(fā)總線以及用于相鄰模塊間高速通訊的局部總線，從而滿足測試用戶的更高需求。 第四節(jié) 應(yīng)用 軟件的介紹 應(yīng)用 軟件是 虛擬儀器的 核心部分， 虛擬儀器 功能的強弱好壞很大程度上取決于控制程序。在 虛擬儀器 的設(shè)計和研發(fā)中，人們普遍采用了 美國國家儀器（ NI）公司研制開發(fā)的 LabVIEW軟件。 LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境 ，類似于 C和 BASIC開發(fā)環(huán)境，但是 LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而 LabVIEW使用的是圖形化編輯語言 G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式 。 在 LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的程序被稱為虛擬儀器 VI(Virtual Instrument)，簡 11 稱 VI。 VI一般包括三個部分 :前面板 (front Panel)、流程圖 (block diagram)以及圖標漣接器 (icon/connector)。 程序前面板是應(yīng)用程序界面，也就是 VI的虛擬儀器面板，前面板上主要有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制元件和顯示元件，用來完成用鼠標、鍵盤向程序輸入數(shù)據(jù)或從計算機顯示器上觀察結(jié)果。 流程圖提供 VI的圖形化源程序。在流程圖中對 VI進行編程，來控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出等各種功能 .流程圖中包括前面板上的對象的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必不可少的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。 圖標 /連接器是子 VI被其它 VI調(diào)用的接口。圖標是子 VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點表現(xiàn)形式 :而連接器則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸 入瀚出口，就像函數(shù)的參數(shù)。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應(yīng)。連接器一般情況下隱含不顯示，除非用戶選擇打開觀察它。 軟件具有 即插即用的開發(fā)方式 ，有 自帶的硬件 I／ O函數(shù)庫 、 靈活的數(shù)據(jù)通信接口 和 集成化的 I／ O通信 開 發(fā)工具 。另外該軟件還具有編程簡單、開發(fā)周期短、性價比高等特點。 12 第二章 系統(tǒng)的 總體 設(shè)計 隨著計算機技術(shù)的 快速 發(fā)展，傳統(tǒng)儀器 已經(jīng) 向計算機化方向發(fā)展，計算機軟件技術(shù)與 相應(yīng)的硬件 有機結(jié)合，產(chǎn)生了新的儀器概念即虛擬儀器。它通過應(yīng)用程序?qū)⒂嬎銠C與功能化硬件結(jié)合起來，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器功能的軟件化與模塊化，以 實現(xiàn)儀器相應(yīng) 的 功能的 目的 。 本設(shè)計方案的步進電機控制系統(tǒng)也是虛擬儀器系統(tǒng)的一種。 由于 虛擬儀器 與傳統(tǒng)的儀器相比有很大的優(yōu)勢，所以 虛擬儀器 得到了非常廣泛的運用。 虛擬儀器 系統(tǒng) 一般 可以分為 通用儀器的硬件和應(yīng)用軟件兩大部分。 如下圖所示。 圖 系統(tǒng) 基本結(jié)構(gòu)圖 虛擬儀器 系統(tǒng) 的硬件一般 又 包括計算機硬件平臺和接口設(shè)備。 計算機硬件平臺虛擬儀器的硬件平臺可以是各種類型的計算機，如臺式計算機、便攜式計算機、工作站、嵌入式計算機等。計算機管理著虛擬儀器的軟、硬件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。計算機在顯示、存儲能力、處理性能、網(wǎng)絡(luò)、總線標準等方面的發(fā)展， 促進 了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展 。 一、 系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集設(shè)備 及接口的介紹 : (1)插卡式數(shù)據(jù)采集設(shè)備它是一種典型的虛擬儀器硬件結(jié)構(gòu)，將前端儀器信號調(diào)理 DAQ卡 測控對象 計算機軟件系統(tǒng) GPIB總線儀器 GPIB接口卡 PXI/VXI總線儀器模塊 串口總線儀器 /PLC 現(xiàn)場總線儀器模塊 其他計算機硬件板卡 13 (如傳感器等 )傳來的模擬信號采集到計算機，直接經(jīng)過 ISA總線或 PC囑部總線，由 CPU進行分析、處理，再通過顯示器顯示。微處理器可以立即訪問這些數(shù)據(jù)。即數(shù)據(jù)由微處理器和數(shù)據(jù)采集板共享。通常在計算機外面根據(jù)需要配備某種信號調(diào)理設(shè)備，這種硬件容易購買配置，可以滿足一般測試要求，價格能夠為大多數(shù)用戶所接受 .插卡型儀器多數(shù) 沒有抗混濾波器且分時采樣，特別要注意混疊現(xiàn)象和通道間相位差。同時，這種方式受 PC機機箱和總線限制，且存在電源功率不足、機箱內(nèi)部的噪聲電平較高、插槽數(shù)目不多、機箱內(nèi)無屏蔽等缺點。 (2)VXI或 PXI虛擬儀器硬件結(jié)構(gòu) ：在 某些特殊的場合和 測試要求 非常高時 選擇 VXI或 PCI虛擬儀器硬件結(jié)構(gòu)， VXI是 VME總線的儀器的擴展 .結(jié)構(gòu)形式是將信號采集、信號調(diào) 理等各種模塊裝入標準機箱，機箱通過插入計算機的卡與計算機通訊。適用于 組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。然而，組建 VXI總線要求有機箱、零槽管理器 及嵌入式控制器，造價比較高，其推廣應(yīng)用受到一定限制，主要應(yīng)用集中在航空、航天等國防軍工領(lǐng)域 。 PXI總線結(jié)構(gòu)形式與 VXI基本相同，區(qū)別在于總線不同和價格更容易接受。 (3)GPIB通用接口總線為了有效的利用現(xiàn)有的技術(shù)資源和發(fā)揮傳統(tǒng)儀器的某些優(yōu)勢，還可以采用 GPIB通用接口總線，是計算機與傳統(tǒng)儀器的接口，將 GPIB通訊卡插入計算機，在通過 GPIB電纜，實現(xiàn)計算機對多臺傳統(tǒng)儀器的控制和訪問，由于 GPIB系統(tǒng)在 PC出現(xiàn)的初期問世，所以有一定的局限性。如其數(shù)據(jù)線只有 8根，用位并行、字節(jié)串行的方式傳輸數(shù)據(jù)，傳輸速度最高 1MBy/S,傳輸距離 20m(加驅(qū)動器能達 500m)。 二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的介紹 ： 數(shù)據(jù)采集是 數(shù)據(jù) 測試測量 的前提，也是非常重要的工作。 測試產(chǎn)生的物理信號通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過數(shù)據(jù)采集卡將電信號傳入 PC，借助軟件進行數(shù)據(jù)分析、處理 。下面來介紹一下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)