DELPHI 环境下 PC 机对步进电机的直接控制 Direct Control for Step Motor by PC in DELPHI 钟建冬 苏剑波 （上海交通大学 上海 200030） 摘 要 步进电机作为一种有效的定位驱动器件，一直以来大多使用单片机对其进行控制， 不同控制系统之间的不兼容性制约了步进电机的使用范围．本文说明了如何利用 DELPHI 软件开 发平台和 PC 机自带的 I/O 端口实现步进电机的直接控制，同时介绍了该系统的外部信息处理． 关键词 步进电机 PC 机 DELPHI LPT 口 直接控制 Abstract As an effective tool of motion control, step motor has ever been controlled by the SCM. Its application is limited by the non-compatibility of different control systems．This article describes how to realize the direct control for step motor by use of DELPHI and I/O ports of PC. It also introduces the external information processing of this system. Keywords step Motor, PC, DELPHI, LPT port, direct control 中图分类号：TM301.2 文献标识码：A 文章编号：1005-8354 (2004) 04-0031-05 1 引言 等 WINDOWS 应用程序开发平台．在这些开发平台 作为一种有效的定位驱动器件,步进电机的应 中，DELPHI 具有简单、高效、功能强大的特点， 用一直十分广泛，它的控制系统普遍使用了单片 而且可以直接插入汇编代码，这就方便了对底层硬 机．在自动控制飞速发展的今天，单片机在控制和 件资源的控制，通用性更强． 使用方面的局限性越来越显现，特别是单片机与其 为使步进电机能在现代控制系统中得到广泛 他控制单元之间的不兼容性已成为步进电机应用的 的应用，必须使用兼容性较好的现代控制工具对其 障碍． 进行控制—通过 PC 机的标准 I/O 口，应用DELPHI 从最早的继电器接触器回路控制、单片机控制 开发平台，实现步进电机的控制不失为一种好方法． 到 80 年代后被广泛运用的 PLC、CNC 和 DCS 等自 动控制主系统都有着无法回避的局限性：界面生硬、 接口单一、通用性差，难以在各种控制系统中互换， 2 步进电机控制及实现方法简介 2.1 步进电机控制基本要求 只能单一地控制某一单元．上述的控制系统对控制 步进电机是一种定位控制器件，在控制上与普 量的柔性变动跟随性较差，在需要柔性控制的应用 通电机有很大的不同．通常情况下，根据控制要求 中，这一类控制系统已丧失了它们的优势．在这种 产生的脉冲信号送入步进电机自带的或是适用的控 情况下，使用各种开发工具装备的 PC 机作为主控 制放大器，通过控制放大器的输出驱动步进电机．步 系统已越来越广泛． 进电机转过的角度取决于送入的步进脉冲数；而电 PC 机之所以能在自控系统中得到广泛的应用， 机的正反转控制则由在控制放大器的正反相接口送 除了它本身具有多样的标准接口、标准的操作平台 入不同的高低电平实现的．步进脉冲要求：脉冲峰 （如 WINDOWS、DOS）和硬件更新快等优点外， 值电压（4.0～5.5）V，脉冲谷值电压（0～0.5）V， 最大的优势还在于 PC 机上的软件开发平台，如一 脉冲占空比≤50%．正反向控制电平要求：高电平 些知名的人机界面软件，还有 VC、VB 和 DELPHI （4.0～5.5）V，低电平（0～0.5）V．高电平时电 机 电 设 备 2004 年 第 4 期 — 31 — 

流（5～15）mA． 2.2 步进电机控制实现方法 以一定的方向和速度运动，实现步进电机控制系统 的有效控制．如果步进电机控制系统再将当前的位 现代的 PC 机具有多种标准接口，如 USB、 置信息反馈至 PC，PC 据此作出信号调整，则整个 Ethernet 口、并行口（LPT）和串行口（COM）等， 根据上述的步进电机控制信号要求，并行口为最理 想的控制用接口．一方面并口的数据端口能输出符 系统就能实现有效的闭环控制． 4 系统接口要求及形式 合要求的脉冲信号和高低电平，另一方面并口中的 为实现 PC 机与步进电机控制放大器的有效联 状态端口和控制端口还能够读取和发送信号，满足 络，必须考虑双方的接口形式． 控制的双向通讯要求．而 USB 口和 Ethernet 口能与 PC 机的并口（LPT）共有 25 位，其中数据端 其他系统相连接，使步进电机与其他系统相兼容， 口占 8 位，为 OUT 口；控制端口占4 位，为 IN/OUT 成为一个整体．此时 PC 机不单单具有控制功能， 双向口；状态端口占 5 位，为 IN 口；另外有 8 个 还起到了系统间联络的作用． 接地端口．数据端口和控制端口为控制系统的输出 运用 DELPHI 语言编程，运行程序，读取由并 口，输出各类控制信号及数据，状态端口和控制端 口或是 USB 等接口送来的信息，根据控制要求进行 口为控制系统的输入端口，接收外界的信息．LPT 内部运算，得出相应的动作指令，再通过对 PC 机 口对外通迅的电压等级为 5V，与步进电机控制放大 并口的某一位进行相应的置位与复位，得到控制所 器的电压等级一样，而且其送出的脉冲也均能符合 需的步进电机的脉冲信号．步进电机的转速取决于 步进电机控制放大器的要求． 脉冲信号的频率，即置位与复位的时间间隔；转过 步进电机控制放大器的 CP 口为步进控制脉冲 的角度则取决于送出的脉冲个数．同时根据控制需 的接收口，上升沿有效；U/D 口为正反转控制口， 要，运用 DELPHI 制作相关的人机界面，使控制系 高电平时电机反转，低电平时电机正转；PD 口为电 统更为完整、直观． 3 控制系统硬件 外 部 系 统 信 息 USB、并口等 PC 机 (DELPHI 控制平台) 机械传动系统 USB、并口等 步进电机 控制系统 换相电源 步 进 电 机 并 行 口 步进电机 控制放大器 机控制状态口，高电平时控制无效，并且电机各相 无保持电压，低电平时控制有效．以上各接口均可 直接与 PC 机 LPT 口的数据口相连，接收来自 PC 机的控制信号．因此，使用 PC 机的 LPT 口与步进 电机控制放大器可以直接相连进行通迅，不需要增 加任何的中间隔离电路． 5 系统接线与软件编程 5.1 系统接线 现以小球在平台上的自定位实验系统为例说 明系统接线方法．该实验系统的大致情况是摄像头 定时拍摄一个在一平台上自由滚动的小球在平台上 位置的图像，拍摄的图象送入计算机进行图像处 图 1 系统硬件构成框图 理．通过对小球在平台上位置的分析，找出小球的 坐标，对照小球要求的定位坐标,运用 DELPHI 开发 如图 1 所示，PC 机接收到外部系统及步进电机 的软件内部逻辑算法及 PID 控制，得出平台两个转 控制系统由 USB、并口等送来的信息后，通过计算， 动方向的控制要求,再使用 PC 机的 LPT 口与步进电 得出步进电机的运动指令，再通过并口把脉冲信号 机控制放大器通讯，以使两台受控制的步进电机转 输送到步进电机控制放大器放大后，驱动步进电机 动，驱动一精密机械传动系统带动平台在 X、Y 两 — 32 — 机 电 设 备 2004 年 第 4 期 

个方向转动，使小球在目标位置精确定位． 5 连接，各负极均接至 LPT 口接地端．以上这些均 图 2 为 PC 机与步进电机控制放大器的接线框 为由 PC 机发信号至步进电机控制放大器的控制 图，步进电机控制放大器与 PC 机 LPT 口直接用电 线．平台基础的四个检测过位的微动开关连接至 缆连接即可，图中两台步进电机控制放大器的 CP+ LPT 口的（10～13）脚上，PC 机由此可接收平台的 口分别与 LPT 口的 DATA 0 和 DATA 1 连接，U/D+ 过位报警信号． 与 DATA 2 和 DATA 3 连接，PD+与 DATA 4 和 DATA Pin 2 / Data 0 (Data) Pin 3 / Data 1 (Data) Pin 4 / Data 2 (Data) Pin 5 / Data 3 (Data) Pin 6 / Data 4 (Data) Pin 7 / Data 5 (Data) PC 机 LPT 端 Pin 10 / NAck (Status) Pin 11 / Busy (Status) Pin 12 / Paper-out (Status) Pin 13 / Select (Status) Pin 25 / Ground X+过位 X-过位 Y+过位 Y-过位 CP+ CP- U/D+ U/D- PD+ PD- CP+ CP- U/D+ U/D- PD+ PD- X 向步 进电机 控制放 大器 Y 向步 进电机 控制放 大器 5.2 软件编程 图 2 PC 机与步进电机放大器接线图 MOV B, AL; 软件设计选用 DELPHI 作为开发平台，很容易 END; 实现使用 PC 机直接控制步进电机．下面就以如何 Result:=B; 利用 DELPHI 编程实现 PC 机 LPT 端口向步进电机 end; 控制放大器发送指令及读入外部信息来说明端口读 //写端口过程 写操作的方法． procedure WritePort(Port:WORD;ConByte:BYTE); 在此类操作中，对 LPT 端口的控制可以在 begin DELPHI 中插入汇编代码(ASM)实现． ASM //读端口函数 function ReadPort(Port:WORD):BYTE; var B:byte； begin ASM MOV DX, Port; IN AL, DX; MOV DX, Port; MOV AL, ConByte; OUT DX, AL; END; end; //控制 LPT 口 D0 数据，使之输出为 1 var B:byte; 机 电 设 备 2004 年 第 4 期 — 33 — 

begin B:=ReadPort($378); B:=B or $01; WritePort($378,B); End; 对 步 进 电 机 的 转 动 控 制 分 为 自 动 和 手 动 两 种 方 法．如图 3 所示，通过单击屏幕上的开始按钮起动 自动运行程序，使相应的端口发送脉冲信号至步进 电机控制放大器；手动界面与自动界面基本相同， 只要单击相应的 X+、X-、Y+、Y-按钮就能使 LPT 这 样 的 代 码 在 Win98 里 是 正 常 的 ， 但 在 口相应端口送出一定频率的脉冲，使步进电机向相 Win2000/XP 里会报错，因为Win2000/XP 不能直接 应方向转动． 对硬件进行操作，它是虚拟硬件层， NT 核心的 Windows（如 NT4.0、Win2000、WinXP）的驱动不 是一个 VxD 就能实现的，而需要 WDM 驱动，这样 就会加大难度．Porttalk 是一个很好的设备驱动，用 它能很方便地实现对底层端口的操作，建立一个 Porttalk.sys 的 Delphi 接口函数 InPortB、OutPortB、 OpenPortTalk、ClosePortTalk 等以后，就可以很方 便地调用． //控制 LPT 口 D0 数据，使之输出为 1 var B:byte; Begin if not OpenPortTalk then exit; B:=InPortB($378); B:=B or $01; OutPortB($378,B); ClosePortTalk; end; //读取 LPT 口“ACK” 状态数据 var B:byte; Begin if not OpenPortTalk then exit; B:=InPortB($379); B:=B and $40; ClosePortTalk; end; 6 实验演示 图 3 自动运行人机界面 图 4 手动状态时平台水平位置 现就以小球在平台上的自定位系统的设计为 例来演示 PC 机对步进电机的直接控制．首先使用 图 5 手动状态时平台 X-极限位置 DELPHI 制作设计要求的人机界面．在本设计中， — 34 — 机 电 设 备 2004 年 第 4 期 

图 4 为手动状况下平台在水平位置时的图像， 7 参考文献 此时单击 X-按键，LPT 口 DATA 0 送出脉冲信号， [1] 末松良一．控制用微机入门[M]．北京：科学出版社， DATA 2 送出高电平反转信号，步进电机反转，平 2000． 台向 X-倾斜，当平台倾斜至图 5 所示状态时，过位 [2] 王家桢．调节器与执行器[M]．北京：清华大学出版 微动开关动作，信号送入 LPT 的 BUSY 端口，X- 社，2000． 向停止运动子程序起动，LPT 口停止输出脉冲，X 方向步进电机停止转动，除非此时接到X+向运动指 作者简介：钟建冬 男（1974-），上海交通大学控制工 令，否则系统将在图 5 所示状态停止． 程在读工程硕士研究生．主要从事先进自动化流水线的 管理和研究． 江西开发出廉价海水淡化技术 随着经济和社会的发展，以及环境污染造成的对水资源的破坏，使地球上的淡水日益紧缺，仅我国缺 水型城市就达到了 300 多个，这将严重影响 21 世纪可持续发展战略的实施。 为了解决淡水资源缺乏的问题，很久以来世界各国的科学家都把目光投向了海洋，因为地球上 97%的 水都在海洋里。我国也在一些城市进行了海水淡化的工程性试验。然而由于传统的海水淡化技术投资高、 能耗大，过高的生产成本使淡水价格居高不下而难以推广。 江西九江天力太阳能科技有限公司独辟蹊径，经过多年研究，终于解决了太阳能海水淡化中的关键问 题即热能转换效率低的问题，开发出“高效光、热感应交换器”，并已取得国家专利。该装置使用独特介质 大幅提高太阳能的效能，使海水淡化的能耗降到最低，大大降低了淡水生产的投资和成本。按建一个 10 万 平方米的海水淡化工厂测算，总投资为 7000 万元，每天可生产淡水 9.6 万立方米，以 20 年的使用期计算， 每立方米淡水的成本仅为 0.119 元，大大低于一个中型自来水厂的生产成本，节约了宝贵的能源。 有关专家认为，太阳能海水淡化装置的成功开发，为我国大规模利用海水打下了基础。我国有 1.8 万 多公里的海岸线，有数以万计的海岛，大多数海岛都面临淡水缺乏的问题，这将是一个巨大的市场。 转摘自《中国环境报》 上海推出双碱再生脱硫除尘一步法装置 长期以来困扰环保产业界的湿法脱硫两大难关－－引风机带水和堵塞问题，目前已被攻克。上海柴油 机公司的两台 20 吨锅炉安装双碱再生脱硫除尘一步法装置后，运行半年多未发生引风机带水和堵塞问题， 且脱硫除尘效率高，运行成本低，无二次污染。 该装置是由上海一公司积 30 年湿法除尘经验而发明的。近年来，该公司在总结湿法除尘不带水的基础 上，致力于烟气脱硫技术的创新和实践，发明了 XYDS 型双碱再生脱硫除尘一步法装置，在上海大众汽车 公司试验成功后又在上海柴油机公司等单位安装，运行性能良好，对锅炉的燃烧没有影响；引风机不带水、 不结垢、不堵塞、不腐蚀；连续运转效率接近 100%（与锅炉运行同效率）。经环保部门跟踪测试和取样分 析，脱硫效率达到86%～92%，在燃用低硫煤的情况下，脱硫效率仍达到67.6%～80.3%，除尘效率达91.2%～ 99.3%。被吸收的二氧化硫反应生成不溶性物质全部从液体中分离沉淀，二氧化硫不再挥发，解决了二次污 染问题。脱硫液再生接近 100%，使成本降低至每千克二氧化硫 0.3 元以下。 有关专家表示，脱硫技术是今后几年削减二氧化硫污染的关键。目前，尽管不少城市安装了脱硫装置， 但由于技术不过关，许多装置形同虚设。如果能攻克这两大难题，就能使我国的脱硫技术走上高效率、低 成本的道路，使我国控制二氧化硫污染的目标得到实现。 转摘自《中国化工报》 机 电 设 备 2004 年 第 4 期 — 35 —