小型雕刻机的电气部分设计

一．总体概述

本部分的设计目的主要是提供步进电机的驱动电路，同时还有主轴电机控制、并口通讯、限位开关反馈、电源等电路的设计。在本文中对以上电路分模块进行了叙述。

二．并口通讯模块的设计

1．并口简介

目前，计算机中的并行接口主要作为打印机端口，接口使用的不再是36针接头而是25针D形接头。所谓“并行”，是指8位数据同时通过并行线进行传送，这样数据传送速度大大提高，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，容易出错。2

现在有五种常见的并口：4位、8位、半8位、EPP和ECP，大多数PC机配有4位或8位的并口，许多利用Intel386芯片组的便携机配有EPP口，支持全部IEEE1284并口规格的计算机配有ECP并口。>z67~

标准并行口4位、8位、半8位:n4位口一次只能输入4位数据，但可以输出8位数据；8位口可以一次输入和输出8位数据；半8位也可以。C

EPP口（增强并行口）:由Intel等公司开发，允许8位双向数据传送，可以连接各种非打印机设备，如扫描仪、LAN适配器、磁盘驱动器和CDROM 驱动器等。'Fp.@

ECP口（扩展并行口）:由Microsoft、HP公司开发，能支持命令周期、数据周期和多个逻辑设备寻址，在多任务环境下可以使用DMA（直接存储器 访问）。ky{-P7

目前几乎所有的586机的主板都集成了并行口插座，标注为 Paralle1或LPT1，是一个25针的双排针插座。:#

标准并行打印机口有12位的数据输出通路，5位的数据输入通路。下图为并口的具体引脚定义，其中蓝色引脚为输出通路，红色引脚为输入通路，绿色引脚接地。

D0－D7：八位的输出数据信息，通过数据端口访问。

C0－C3：输出制信息，通过控制端口访问，其中上划线代表低电平有效。 S3－S7：输入状态信息，通过状态端口访问，其中上划线代表低电平有效。 剩余引脚全部接地。

2．并口引脚的定义

本设计中并口并不是用来做普通的数据传送接口，因此对于现有的各引脚必须进行重新

定义，以实现特有功能。

重新定义的引脚功能如下图：

J113251224112310229218207196185174163152141DB25zlimitylimitxlimitzderictionzsteppulseyenableyderictionysteppulsexenablemotorxderictionxsteppulsezenable 图中各符号含义如下：

xsteppules：x轴步进电机的驱动脉冲，控制x轴步进电机的速度和转角。 xderiction: x轴步进电机的方向控制脉冲，控制y轴步进电机的正反转。 xenable：x轴步进电机使能控制脉冲，控制x轴步进电机的起停。

ysteppules：y轴步进电机的驱动脉冲，控制y轴步进电机的速度和转角。 yderiction：y轴步进电机的方向控制脉冲，控制y轴步进电机的正反转。 yenable：y轴步进电机使能控制脉冲，控制y轴步进电机的起停。

zsteppules：z轴步进电机的驱动脉冲，控制z轴步进电机的速度和转角。 zderiction：z轴步进电机的方向控制脉冲，控制z轴步进电机的正反转。 zenable：z轴步进电机使能控制脉冲，控制z轴步进电机的起停。 xlimit：x轴的限位信号。不能反馈限位的方向。 ylimit：y轴的限位信号。不能反馈限位的方向。 zlimit：z轴的限位信号。不能反馈限位的方向。 motor：主轴电机起停控制信号。

所有并口的输出输入线都需上拉一个4.7K的电阻，以增加引脚的驱动能力。没有用到的引脚全部连到接插件，以供以后扩展用。具体电路可见原理图。

三．步进电机驱动模块的设计

本设计的步进电机驱动芯片选用专业驱动集成芯片TA8435H，应用该芯片的细分驱动功能来提高步进电机的运行平稳性。

1．TA8435H简介

TA8435H是东芝公司一款两相有极性步进电机控制驱动芯片，具有以下特点： （1）它内部集成了一个具有8细分功能的控制器和2.5A的驱动器。 （2）用PWM恒流方式。 （3）Bi－CMOS工艺。 （4）方便的转向控制。

（5）有整步，半步，4细分，8细分四个工作模式。 （6）HZIP25—P封装。

（7）大部分控制引脚内部有上拉电阻和施密特电路，有较好的噪声容限。 极限参数：

电源电压（功率）：40V 电源电压（逻辑）：5.5V 输出电流（平均值）：1.5A（峰值）：2.5A 逻辑输入电压：＝VCC

功率： 5W（无散热器）43W（Tc＝85度） 工作温度：－40º－－＋85º 存储温度：－55º－－＋155º 推荐工作条件： 逻辑电源电压 功率电源电压 输出电流 输入逻辑电平 时钟频率 OSC频率 最小 4.5 21.6 15 典型 5.0 24 最大 5.5 26.4 1.5 VCC 5 80 单位 V V A V KHz Hz 其内部逻辑电路如下图：

其引脚图如下：

各引脚的定义如下表： 引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 符号 SG RESET ENABLE OSC CW/CCW CK2 CK1 M1 M2 REF IN MO NC VCC NC 描述 信号地 低电平有效，复位引脚 低电平允许芯片工作，高电平禁止芯片工作 振荡频率由外部的电容决定 正反转控制引脚 控制脉冲输入引脚2 控制脉冲输入引脚1 工作方式设定引脚1 工作方式设定引脚2 VNF电压的控制引脚。高电平，VNF＝0.8V，低电平，VNF＝0.5V。 监视器的连接口 没有连接 逻辑电路供给电压 没有连接 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 VMB φB PG-B NFB φB φA NFA PG-A φA VMA NC 电机线圈B的负载供给电压 电机线圈B的连接引脚 模拟地 电机线圈B的电流检测引脚 电机线圈B的连接引脚 电机线圈A的连接引脚 电机线圈A的电流检测引脚 模拟地 电机线圈A的连接引脚 电机线圈A的负载供给电压 没有连接 2．TA8435H功能描述及引脚设定 （1）TA8435H的工作方式的设定

TA8435H有四种工作方式，分别代表着无细分、2细分、4细分、8细分。工作方式由M1、M2引脚电平来决定，具体情况如下表： M2 0 0 1 1 M1 0 1 0 1 细分数 无 2 4 8 本设计中为了步进电机能平稳工作，选择8细分即将M1、M2置高电平。 （2）控制脉冲的输入设定

TA8435H由两个脉冲输入引脚CK1、CK2，可以用来输入两路脉冲。但是当其中一个引脚输入脉冲时，另一个引脚必须保持高电平。本设计中，控制脉冲只有一路，因此直接接入CK1，同时将CK2置高，就满足要求。 （3）驱动电流的设定

TA8435H输出的驱动电流由VNF和NFA、NFB引脚上所连的检测电阻RNF决定。公式为：IO=VNF/RNF。而VNF的大小由REF IN引脚电平决定：高电平，VNF＝0.8V，低电平，VNF＝0.5V。本设计中所需驱动电流为1.5A。因此设定REF IN引脚为高电平，RNF＝0.53om。 （4）续流二极管的选择

TA8435H的输出端必须外接续流二极管。该二极管需要足够的正向电流和灵敏度。本设计中采用东芝公司的3GWJ42，其平均正向电流为3A，符合要求。

下图为X方向步进电机的驱动电路：

U1VCC13+C1C5103pF10UF/35VAMOCK1CK2CW/CCWRESETENABLEM1M2REFOSCSGPGPGNFANFBNCNCNCBTA8435H3GWJ423GWJ42330UF/50V23D1L1MOTORVMVCCVMBVMA1524+C2C3104PFxsteppulseC6xderiction220pFC7xenable220pFC8220pFVCCVCCVCC3300PFC41176523891041172221181214253GWJ42A20D23GWJ42B19D3R1R20.53om/2w0.53om/2wL2MOTOR16D4 四．主轴控制与限位反馈模块的设计

主轴控制信号通过一个光电耦合器和达林顿晶体管控制继电器的开关，从而控制着主轴电机的起停。其电路图如图4－1。

限位开关直接连接到限位接插件上，当某一方向的限位开关闭合，则该方向的limit信号变低，即可通过并口反馈到PC中。其电路图如图4－2。

K1RELAY-SPSTD5+5VR12.2KOptoisolator1R22.2KU1Q1TIP120IN4004F1+12vFUSE1motor 图4－1

JP221HEADER 2xlimit 图4－2

五．电源的设计

电路板上需要5V、12V、24V三类电压。其中5V为TA8435H的工作电压，12V为主轴控制系统中的继电器的工作电压，24V为步进电机工作电压。

本设计将普通市电转换为所需电压，其电路图如下：

S1SW-SPST220VF1Fuse 1黑T1D1红Bridge1Trans3C1+24V7812+24VVinVoutGND+12V+12V7815VinVoutGND+5V4700uF/63V 六．总结

本文对电气部分进行了模块讨论，并提供了各部分的电路。其总的原理图可参考文件夹中Protel格式的原理图文件。