SU1709271A2 - Switching device for controlling stepper motor - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и может быть использовано дл  управлени  шаговыми двигател ми ирподнительных устройств автоматизированной системы управлени . Цель изобретений - повышениенадежности работы. Коммутатор содержит генератор 1 импульсов, двоичный 2 и двоичный реверсивный 3 счетчики, блок 4 пам ти, первый 5 и второй 6 элементы ИЛИ, многоканальный выходной усилитель 7, тактовую шину 8, шины управлени  9. выбора коэффициента пересчета 10, реверса 11, выбора режимов коммутации 12 ("Режим 1"), 13 ("Режим И"). 14 ("Режим HI"), включени  15, шагового двигател  (ШД). Новым  вл етс  введение элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, одновибратора 17, RS-триггера 18 и св зей. Отличительные признаки позвол ют повысить надежность работы, исключить возможность по влени  аварийной ситуации. 3 ил.•^The invention relates to automation and can be used to control stepper motors of irrigation devices of an automated control system. The purpose of inventions is to increase the reliability of work. The switchboard contains 1 pulse generator, binary 2 and binary reversible 3 counters, memory block 4, first 5 and second 6 elements OR, multichannel output amplifier 7, clock 8, control bus 9. selection of conversion factor 10, reverse 11, mode selection switching 12 ("Mode 1"), 13 ("Mode I"). 14 ("HI mode"), switch on 15, stepper motor (STD). New is the introduction of the EXCLUSIVE OR element 16, the one-shot 17, the RS flip-flop 18 and the links. Distinctive features make it possible to increase the reliability of work, to exclude the possibility of an emergency situation. 3 or • •

Description

о about

О N3 About N3

Изобретение относитс  к автоматике и может быть использовано дл  управлени  шаговыми двигател ми исполнительных устройств автоматизированной системы управлени .The invention relates to automation and can be used to control stepper motors of actuators of an automated control system.

Известен коммутатор дл  управлени  шаговым двигателем, содержащий генератор импульсов, двоичные и двоичный реверсивный счетчики, блок пам ти, первый и второй элементы ИЛИ, многоканальный выходной усилитель, тактовую шину, шины управлени , выбора коэффициента пересчета (модуль счета), реверса, шины выбора режимов коммутации, шину включени  шагового двигател .A switch for controlling a stepper motor is known, comprising a pulse generator, binary and binary reversible counters, a memory unit, first and second OR elements, a multichannel output amplifier, a clock bus, control buses, a conversion factor selection (counting module), a reverse, a mode selection bus switching, stepper motor starting bus.

Недостатком известного коммутатора  вл етс  невысока  достоверность функционировани , обусловленна  его схемным решением.The disadvantage of the known switch is the low reliability of the operation, due to its circuit design.

Цель изобретени  - повышение надежности работы.The purpose of the invention is to increase the reliability of work.

Это достигаетс  тем, что в известный коммутатор введены элемент ИСКЛЮЧАЮИ ЕЕ ИЛИ, RS-триггер и одновибратор, соединеный входом с тактовым входом реверсивного двоичного счетчика, а инверсным выходом - с S-входом триггера, R-вход которого соединен с тактовой шиной устройства , при этом разрешающий вход генератора импульсов соединен с тактовой шиной через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. второй вход которого соединен с выходом RS-триггера.This is achieved by introducing the EXCLUSIVE ITS OR element, the RS flip-flop and the one-shot connected to the clock input of the reversing binary counter, and the inverse output to the S-input of the trigger, whose R input is connected to the clock bus of the device, when This enable pulse generator is connected to the clock bus through the element EXCLUSIVE OR. the second input of which is connected to the output of the RS flip-flop.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого коммутатора; на фиг. 2 - таблица варианта программировани  блока пам ти дл  предлагаемого коммутатора и зависимость двоичного адресного кода от потенциальных сигналов на шинах выбора режима коммутации и от модул  счета реверсивного двоичного счетчика дл  случа  пр мого счета; на фиг. 3 - эпюры работы коммутатора при формировании импульса на тактовом входе реверсивного счетчика.FIG. 1 shows the scheme of the proposed switch; in fig. 2 shows a table of a variant of programming the memory block for the proposed switch and the dependence of the binary address code on potential signals on the switching mode selection buses and on the counting module of the reversible binary counter for the case of direct counting; in fig. 3 - diagrams of the switch when the pulse is formed at the clock input of the reversible counter.

Коммутатор дл  управлени  шаговым двигателем содержит генератор 1 импульсов , двоичный счетчик 2, реверсивный двоичный счетчик 3. блок 4 пам ти, первый 5 и второй 6 элементы ИЛИ, многоканальный выходной усилитель 7, тактовую шину 8, шины управлени  9, выбора коэффициента пересчета (модуль счета) 10. реверса 11, выбора режимов коммутации - Режим I 12, Режим II 13, Режим III 14, включени  15 шагового двигател , элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16. одновибратор 17. RS-триггер 18.A switchboard for controlling a stepper motor contains a pulse generator 1, a binary counter 2, a reversible binary counter 3. memory block 4, first 5 and second 6 elements OR, multichannel output amplifier 7, clock bus 8, control bus 9, conversion factor selection (module accounts) 10. reverse 11, selection of switching modes - Mode I 12, Mode II 13, Mode III 14, switching on 15 stepper motors, element EXCLUSIVE OR 16. one-shot 17. RS-flip-flop 18.

Тактова  шина 8 соединена с разрешающим входом генератора 1 и R-входом счетчика 2 через элемент 16. выход генератораTact bus 8 is connected with the permissive input of the generator 1 and the R-input of the counter 2 through the element 16. the output of the generator

1 соединен с С-входом счетчика 2, выход которого соединен с входом одновибратора 17 и тактовым С-входом счетчика 3. первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым адресными входами непосредственно , а третий и четвертый выходы.через элементы ИЛИ 5 и 6 - с третьим и четвертым адресными входами блока 4, п тый адресный вход и вход V которого соединены с шинами 14 и 15 соответственно, а выходы - с входами усилител  7. выходы которого соединены с соответствующими обмотками шагового двигател . Шина 9 соединена с входом разрешени  счета счетчика 3 , а шины 10 и 11 - с соответствующими входами счетчика 3. шины 12 и 13 - с вторыми входами элементов ИЛИ 5 и 6 соответственно , инверсный выход одновибратора 171 is connected to the C input of the counter 2, the output of which is connected to the input of the single vibrator 17 and the clock C input of the counter 3. The first and second outputs of which are connected to the first and second address inputs directly, and the third and fourth outputs. Through the elements OR 5 and 6 - with the third and fourth address inputs of block 4, the fifth address input and input V of which are connected to buses 14 and 15, respectively, and the outputs - to the inputs of amplifier 7. whose outputs are connected to the corresponding windings of the stepper motor. Tire 9 is connected to the counting input of the counter 3, and tires 10 and 11 are connected to the corresponding inputs of the counter 3. Tires 12 and 13 are connected to the second inputs of the elements OR 5 and 6, respectively, the inverse output of the one-shot 17

-с S-входом триггера 18. пр мой выход которого соединен с вторым входом элемента- with the S-input of the trigger 18. The direct output of which is connected to the second input of the element

16. а R-вход - с шиной 8. Коммутатор выполнен на микросхемах К155. К555.16. and the R-in is with a bus 8. The switch is made on K155 microcircuits. K555.

Работа коммутатора начинаетс  с выбора направлени  движени  (пр мой или обратный ход) шагового двигател  путем подачи потенциального сигнала соответствующего уровн  (лог. 1 - пр мой ход. лог. О - обратный ход) на шину 11, выбора режима коммутации обмоток шагового двигател  путем подачи потенциального сигнала соответствующего уровн  (лог. О или лог. 1) на шины 12-14 и шину 10. а также подачи низкого потенциального сигнала (лог. О) на шину 15.The switch begins by selecting the direction of motion (forward or reverse) of the stepper motor by applying a potential signal of the appropriate level (log. 1 - forward stroke. Log. O - reverse) to bus 11, selecting the switching mode of the stepper motor windings by filing a potential signal of the appropriate level (log. O or log. 1) on buses 12-14 and bus 10. And also a low potential signal (log. O) on the bus 15.

Тактовые импульсы, поступающие на тактовую шину 8, после подачи на шину 9 управлени  команды разрешени  счета (лог. 1). подаютс  на первый вход элемента 16 (см. фиг. 3. эпюра 1). так как RS-триггер 18The clock pulses arriving at the clock bus 8, after sending to the bus 9 control the resolution resolution command (log. 1). served at the first input of the element 16 (see Fig. 3. plot 1). since rs trigger 18

сброшен по R-входу предыдущим низким потенциалом шины 8. то на втором входе элемента 16 - низкий уровень напр жени  (см. фиг. 3. эпюра 2) и с выхода элемента 16reset by the R input to the previous low potential of the tire 8. Then at the second input of the element 16 there is a low voltage level (see Fig. 3. plot 2) and from the output of the element 16

-на разрешающий вход генератора 1 и вход установки нул  двоичного счетчика 2 (см.- to enable the input of the generator 1 and the input of the installation of zero binary counter 2 (see

фиг. 3. эпюра 3). По переднему фронту каждого поступающего тактового импульса генератора 1 начинает вырабатывать последовательность импульсов.FIG. 3. plot 3). On the leading edge of each incoming clock pulse generator 1 begins to produce a sequence of pulses.

частота которых больше частоты тактовых импульсов, и определ етс  как длительностью тактового импульса, так и емкостью счетчика 2. разрешение на счет которому выдаетс  также по переднему фронту тактового импульса.whose frequency is greater than the frequency of the clock pulses, and is determined both by the duration of the clock pulse and by the capacity of the counter 2. A resolution is also issued on the leading edge of the clock pulse.

Пусть, например, частота импульсов генератора 1 выбрана таким образом, что в интервале времени, равном длительности тактового импульса (см. фиг. 3, эпюра 1. имLet, for example, the frequency of the pulses of the generator 1 is chosen so that in the time interval equal to the duration of the clock pulse (see Fig. 3, plot 1. im

J1: укладываетс  III периодов импульсов.J1: stacks III pulse periods.

выдаваемых генератором 1 (см, фиг. 3, эпюра 4), в то врем  как на выходе двоичного счетчика 2, который может быть и выходом переноса, соответствующий импульс по вл етс  после поступлени  дес ти импульсов на его счетный вход с выхода генератора 1 (см. фиг. 3, эпюра 5). Таким образом на тактовый вход счетчика 3 и вход одновибратора 17 импульс с выхода счетчика 2 (см, фиг. 3, эпюра 5) поступает только в том случае, если длительность импульса на тактовой шине устройства соответствует заданной.generated by generator 1 (see Fig. 3, plot 4), while at the output of binary counter 2, which can also be a transfer output, a corresponding pulse appears after the arrival of ten pulses at its counting input from the output of generator 1 ( see Fig. 3, plot 5). Thus, the pulse input of the counter 3 and the input of the one-shot 17 pulse from the output of the counter 2 (see, Fig. 3, plot 5) is received only if the pulse duration on the clock bus of the device corresponds to the specified one.

По заднему фронту импульса с выхода счетчика 2 (см. фиг, 3, эпюра 5) одновибратор на инверсном выходе формирует короткий отрицательный импульс (см. фиг. 3, эпюра 6), который, поступа  на S-вход триггера , устанавливает на его выходе, а, следовательно , и на втором входе элемента 16 высокий уровень напр жени  (см. фиг. 3, эпюра 2).On the falling edge of the pulse from the output of counter 2 (see FIG. 3, plot 5), the one-shot at the inverse output forms a short negative pulse (see FIG. 3, plot 6), which, entering the S-input of the trigger, sets at its output and, therefore, a high voltage level at the second input of the element 16 (see Fig. 3, plot 2).

В результате на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 по вл етс  низкий уровень (см. фиг. 3, эпюра 3), который подаетс  на разрешающий вход генератора 1 и R-вход счетчика 2 и запрещает их работу (см, фиг. 3, эпюра 4), По окончании тактового импульса (см. фиг. 3, эпюра 1) сбрасываетс  триггер 18, На выходе RS-триггера 18 и соответственно на втором входе элемента 16 устанавливаетс  низкий уровень напр жени , т.е. устройство подготовлено дл  приема следующего тактового импульса на шине 8. В паузе между тактовыми импульсами на шине 8 на выходе элемента 16 низкий уровень, который запрещает работу генератора 1 и счетчика 2.As a result, at the output of the EXCLUSIVE OR 16 element, a low level appears (see Fig. 3, plot 3), which is fed to the enabling input of generator 1 and the R input of counter 2 and prohibits their operation (see, Fig. 3, plot 4 ) At the end of the clock pulse (see Fig. 3, plot 1), the trigger 18 is reset, the output of the RS flip-flop 18 and, accordingly, a low voltage level is set at the second input of the element 16, i.e. The device is prepared to receive the next clock pulse on bus 8. In the pause between clock pulses on bus 8, the output of element 16 is low, which prohibits the operation of generator 1 and counter 2.

С приходом нового тактового импульса по шине 8 (см. фиг. 3, эпюра 1, им. Г) описанный процесс формировани  импульса на выходе счетчика 2, а, следовательно, и на тактовом входе счетчика 3 повтор етс .With the arrival of a new clock over bus 8 (see Fig. 3, plot 1, name D), the described process of forming a pulse at the output of counter 2, and, consequently, at the clock input of counter 3, repeats.

Предположим, что в силу неисправности устройства выдачи тактовых импульсов, на тактовую шину 8 поступает положительный перепад, т.е. тактовый импульс (см, фиг. 3, эпюра 1, имп. II) с неограниченной длительностью , В этом случае процесс формировани  импульса на выходе счетчика 2 и, следовательно, на тактовом входе счетчика 3 происходит так, как описано дл  нормального по длительности (см. фиг. 3, эпюра 1, имп. I) тактового импульса. После сформировани  импульса на тактовом входе счетчика 3 и, следовательно, изменени  на единицу записанного в счетчик 3 числа, прекращает работу генератор 1 и счетчик 2 за счет подачи низкого уровн  напр жени  с выхода элемента 16 в течение всего времени , пока не заканчиваетс  тактовый импульс (см, фиг. 3, эпюра 1, имп, II) неограниченной длительности. Благодар  этому, исключаетс  многократное изменение состо ний счетчика 3 в течение тактового 5 импульса неограниченной длительности и, следовательно, аварийна  ситуаци , присуща  известному коммутатору, обеспечиваетс  надежный контроль за положением шагового двигател  и тем самым повышаетс  достоверность функционировани  устройства .Suppose that due to a malfunction of the device issuing clock pulses, the clock bus 8 receives a positive differential, i.e. a clock pulse (see Fig. 3, plot 1, imp. II) with unlimited duration. In this case, the process of forming a pulse at the output of counter 2 and, therefore, at the clock input of counter 3 occurs as described for normal duration (see Fig. 3, plot 1, imp. I) clock pulse. After forming a pulse at the clock input of the counter 3 and, consequently, a change in the number recorded in the counter 3, the generator 1 and the counter 2 stop working by applying a low voltage level from the output of the element 16 during the whole time until the clock pulse ends ( cm, fig. 3, plot 1, imp, ii) unlimited duration. Due to this, multiple changes of the states of the counter 3 during a clock 5 pulse of unlimited duration are excluded, and, therefore, an emergency situation inherent in the known switch ensures reliable control of the position of the stepper motor and thereby increases the reliability of the device.

Счетчик 3 отсчитывает поступающие на его тактовый вход импульсы (см. фиг. 3, эпюра 5), при этом записываемое в счетчик 3Counter 3 counts the pulses arriving at its clock input (see FIG. 3, plot 5), while the counter recorded at 3

5 двоичное число с каждым тактовым импульсом увеличиваетс  или уменьшаетс  на единицу в зависимости от уровн  потенциального сигнала на шине 11 реверса.5, the binary number with each clock pulse is increased or decreased by one depending on the level of the potential signal on the reverse bus 11.

С учетом уровней сигналов на выходахTaking into account the levels of signals at the outputs

0 счетчика 3 и потенциальных сигналов на вторых входах элементов 5 и 6, а также уровн  потенциального сигнала на шине 14 на адресных входах блока 4 пам ти формируетс  соответствующий двоичный код (см,0 counter 3 and potential signals at the second inputs of elements 5 and 6, as well as the level of the potential signal on bus 14, the corresponding binary code is formed at the address inputs of memory block 4 (see,

5 фиг, 2), обеспечивающий считывание записанной в блоке 4 информации и, тем самым по вление на выходах блока пам ти кодовых комбинаций, соответствующих заданному режиму коммутации фаз выбранного5 of FIG. 2), which ensures the reading of the information recorded in block 4 and, thereby, the appearance of code combinations at the outputs of the memory block, corresponding to the specified phase switching mode of the selected

0 шагового двигател .0 stepper motor.

Так как на шину 15 подаетс  низкий уровень напр жени , то указанные кодовые комбинации сигналов проход т через многоканальный усилитель 7 на соответствующие обмотки шагового двигател  и производ т их коммутацию согласно выбранного режима (см, фиг. 2).Since the bus voltage 15 is supplied with a low voltage level, the indicated code combinations of signals pass through the multichannel amplifier 7 to the corresponding windings of the stepping motor and switch them according to the selected mode (see Fig. 2).

Зависимость двоичного адресного кода от потенциальных сигналов на шинах 12-14Dependence of the binary address code on potential signals on tires 12-14

0 и от модул  счета счетчика 3 (шина 10) и вариант программировани  блока 4 пам ти дл  предлагаемого коммутатора дл  случа  пр мого хода представлены, в таблице (см. фиг. 2) где: X - любое состо ние. О - обмотка0 and from the counting module of the counter 3 (bus 10) and the variant of programming of the memory block 4 for the proposed switch for the case of a forward run are presented in the table (see Fig. 2) where: X is any state. O - winding

5 шагового двигател  включена, 1 - обмотка шагового двигател  обесточена.5 stepper motors on, 1 - stepper motor windings de-energized.

Дл  обеспечени  работы шагового двигател  в обратном направлении (реверсирование ) на шине 11 измен етс  уровеньTo ensure that the stepper motor works in the opposite direction (reversal) on the bus 11 the level changes

0 потенциального сигнала (лог, О). В этом случае адресные коды на входах блока 4 пам ти мен ютс  в обратной последова- тельности, обеспечива  считывание записанной в блоке 4 информации в обратном0 potential signal (log, O). In this case, the address codes on the inputs of memory block 4 are changed in the reverse order, ensuring that the information recorded in block 4 is read in reverse

5 пор дке и тем самым отработку реверса шагового двигател  и его вращение в противоположном направлении.5 order and thus the development of the reverse of the stepper motor and its rotation in the opposite direction.

Claims (1)

При подаче потенциального сигнала запрета (лог. О) на шину 9 счетчик 3 останавливаетс , сохран   информацию на своих выходах, соответственно на адресных входах блока А пам ти, благодар  чему обеспечиваетс  фиксированна  сто нка шагового двигател . Подача в этом режиме высокого потенциала (лог, 1) на шину 15 устанавливает на выходах блока 4 пам ти высокие уровни напр жени , независимо от состо ни  его адресных входов. В результате обмотки шагового двигател  обесточены. Так как информаци  о состо нии коммутатора , о направлении движени  и режимах коммутации сохран етс , то при подаче сигнала разрешени  (лог. Г на шину 9 и лог. О на шину 15) шаговый двигатель начинает отработку из того же положени , в котором проходит его останов. Поступающие на тактовой шине 8 помехи , которые могут носить как единичный характер , так и присутствовать в виде пакетов помех, причем длительность помеховых сигналов , как правило, существенно меньше длительности тактовых импульсов, блокируютс  счетчиком 2 и не проход т на тактовый входсчетчика.З. По окончании каждой помехи счетчик 2 обнул етс  и пересчитывает каждую вновь поступившую помеху заново, пропуска  тем самым на тактовый вход счетчика 3 только тактовые .импульсы заданной длительности, причем частота этих импульсов может измен тьс  в широких пределах. Таким образом, предлагаемый коммутатор обладает большей надежностью работы благодар  исключению по влени  на выходе счетчика 2 несанкционированной последовательности импульсов при по влении на 8 шине тактового импульса неограниченной длительности и, следовательно, многократного изменени  состо ни  счетчика 3, т.е. исключает многократную перекоммутацию обмоток шагового двигател  в течение одного импульса. В результате обеспечиваетс  надежный контроль за положением шагового двигател , исключаетс  аварийна  ситуаци , тем самым повышаетс  надежность. Формула изобретени  Коммутатор дл  управлени  шаговым двигателем по авт. св. Ns 1471175, о тл ич аю щ и и с   тем, что, с целью повышени  надежности работы, в него введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, RS-триггер и одновибратор соединенный входом с тактовым входом двоичного реверсивного счетчика, а инверсным выходом - с S-входом RS-триггера , R-выход которого соединен с тактовой шиной устройства и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с пр мым выходом RS-триггера, а выход соединен с разрешающим входом генератора импульсов.When a potential inhibit signal is applied (log. O) to bus 9, counter 3 stops, saving information on its outputs, respectively, on the address inputs of memory A, thereby providing a fixed position of the stepping motor. The supply in this high potential mode (log, 1) to bus 15 sets the outputs of memory block 4 to high voltage levels, regardless of the state of its address inputs. As a result, the stepper motor windings are de-energized. Since the information about the state of the switch, the direction of movement and the switching modes is saved, then when the enable signal is applied (log G on bus 9 and log G on O bus 15), the stepping motor starts working out from the same position in which it passes stop. Interference on the clock bus 8, which can be either single or present as interference packets, and the duration of the interfering signals, as a rule, is substantially less than the duration of the clock pulses, is blocked by counter 2 and does not pass to the clock counter. At the end of each interference, counter 2 nullifies and recalculates each newly received interference again, thereby passing only the clock pulses of a given duration to the clock input of counter 3, and the frequency of these pulses can vary over a wide range. Thus, the proposed switch is more reliable due to the elimination of the appearance of an unauthorized pulse sequence at the output of counter 2 when a clock pulse of unlimited duration appears on the 8 bus and, therefore, a multiple change in the state of counter 3, i.e. eliminates multiple re-switching of the windings of a stepper motor during one pulse. As a result, reliable control of the position of the stepper motor is ensured, an emergency situation is eliminated, thereby increasing reliability. Claim switch for controlling a stepper motor according to aut. St. Ns 1471175, about tl ay yu and with the fact that, in order to increase the reliability of work, an EXCLUSIVE OR element, an RS trigger and a single vibrator connected by an input with a clock input of a binary reversible counter and an inverse output with an S input are introduced into it RS flip-flop, the R-output of which is connected to the device's clock bus and the first input of the EXCLUSIVE OR element, the second input of which is connected to the direct output of the RS flip-flop and the output connected to the enable input of the pulse generator. ff 1111ЖМШ1.1111ЖМШ1. JiimjuuuuuiJiimjuuuuui didi ijij -r-r Фс/г.ЗFS / g.Z.