基于VC++的步进电机控制方法探讨

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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VisualC++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。

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。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。

实现串行通信一般有3种方法：使用VC++提供的串行通信控件MSComm；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。

图1PC机控制步进电机系统框图

本系统的电机控制采用通用的RS232串口的异步通信。由于RS232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～+15V之间，逻辑1电平规定为-5～-15V之间，因此，RS232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RS232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0.0003125°；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60kg。
（2）重载型电控平移台：型号TSA300B，用于z轴。最小步距0.00315mm；重复定位精度0.005mm；加固定平移台有效行程为150mm。
（3）超薄型电控平移台：型号TSA30C，用于y轴。最小步距为0.002mm；重复定位精度0.005mm；有效行程30mm。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$（13）
该指令发出200ms以内SC3回送：“OK”CHR$（10），表示联络成功。
查询指令指令格式：“？V”CHR$（13）
SC3接到该指令后回送：“Vnumber”CHR$（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$（10），其他轴类似。其中number为以ASC码表示的SC3当前坐标值，正负号代表当前位置在开机位置（0位）的正负方向的位置。
速度设置指令指令格式：“V”numberCHR$（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$（13）或“Ydirectionnumber”CHR$（13）或“Zdirectionnumber”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→AddtoProject→ComponentsandControl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（CMSCommm_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。

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