摘要：介紹了當前普通標記機控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及其存在缺點，給出氣動標記機及相頻修正PWM模式的工作原理。采用ATmega16單片機和USB轉(zhuǎn)換RS232接口器件CH1341T實現(xiàn)驅(qū)動控制系統(tǒng)與PC的實時通訊，標記控制系統(tǒng)可升級到USB接口。采用基于ATmega16的相頻修正PWM替換555振蕩電路產(chǎn)生的PWM，可直接通過軟件調(diào)整PWM信號。使用達林頓三極管TIPl22替代直流繼電器驅(qū)動高頻電磁閥，使得電磁閥驅(qū)動電路簡單，成本低廉。該控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于氣動標記機。
關(guān) 鍵 詞：標記針；相頻修正PWM模式；高頻電磁閥；直流繼電器；ATmeag16；CH341T

1 引言
    氣動標記機廣泛應(yīng)用于銘牌、各種零部件及汽車大梁，但隨著需求變化，對標記機的穩(wěn)定性、便攜性、多任務(wù)性提出了更高要求。標記軟件由以前的DOS系統(tǒng)升級到Win98、Win2000，WinXP等版本，功能越來越復(fù)雜，然而，硬件設(shè)計幾乎沒有變化。
    由于普通標記機控制系統(tǒng)的標記專用軟件將圖形信息轉(zhuǎn)化為脈沖信息后需通過I／O接口(ISA、PC擴展卡或并口)輸出至驅(qū)動控制板，然后再由驅(qū)動電路執(zhí)行機構(gòu)工作。但目前大多數(shù)個人PC機、筆記本電腦都取消并口、串口配置的擴展I／O卡，而使用IJSB接口。普通標記機的PWM信號采用555振蕩器和多個阻容元件構(gòu)成一個無穩(wěn)態(tài)的占空比和頻率均可調(diào)的多諧振蕩器，當調(diào)整PWM信號時，打開控制箱，則通過調(diào)節(jié)兩只可調(diào)電阻調(diào)整PWM信號的頻率和占空比。為了解決上述標記機控制系統(tǒng)存在的缺點，采用單片機ATmegal6和USB轉(zhuǎn)換RS232接口器件CH341T組成通信接口，標記控制系統(tǒng)升級到USB接口：采用ATmegal6的相頻修正PWM替換555振蕩電路，可直接通過PC軟件修正PWM信號的頻率和占空比，使得PWM信號調(diào)整便捷。

2 ATmegal6相位與頻率修正PWM模式
    ATmegal6相位與頻率修正PWM模式是一種頻率與占空比精確的PWM信號。采用固定TOP值的工作模式，即16種PWM波形產(chǎn)生模式的模式8，簡稱相頻修正PWM模式。
    相頻修正PWM模式基于雙斜坡操作，其工作時序如圖1所示。TCNTn重復(fù)從BOTTOM計數(shù)到TOP，然后又從TOP返回至BOTTOM。在一般比較輸出模式下，當TCNTn向TOP計數(shù)時，若TCNTn與OCRlx相匹配，OClx清零，并置為低電平；當TCNTn向BOTTOM計數(shù)時，若TCNTn與OCRlx相匹配，OC1x置為高電平，工作于反向輸出比較時正好相反。比較單元在OClx引腳輸出PWM波形，其輸出PWM的頻率變量N是分頻因子(1、8、64、256或1024)；變量fclk為CPU時鐘；變量TOP是計數(shù)器最大值。如果PwM工作頻率已知，則當TOP確定后，調(diào)整OCRlx值。即調(diào)整占空比來獲得所需的PWM波形。采用固定TOP值工作模式時，建議使用ICRl寄存器定義TOP，這樣OCRlA就可采用OC1A輸出的PWM(共用相同4氣動標記機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計采用改進后的標記機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為安裝在PC上的人機交互界面和燒寫ATmegal6的實時控制軟件。其前者負責把圖形信息轉(zhuǎn)換成脈沖信息及設(shè)置標記機運動相關(guān)參數(shù)，如速度、PWM頻率和占空比等；后者負責接收PC發(fā)送的信息，并進行相關(guān)處理，再將當前硬件信息返回到PC。傳輸?shù)男畔⒎譃閮纱箢悾阂活愂菐Ч潭ㄐ畔㈩^和固定信息尾的普通數(shù)據(jù)幀；另一類是無信息頭和無信息尾的脈沖數(shù)據(jù)幀信號。這樣可以大大減少在標記過程中的數(shù)據(jù)發(fā)送量，降低ATmegal6在實時標記過程中斷脈沖輸出任務(wù)處理接收串口數(shù)據(jù)的次數(shù)，使得執(zhí)行機構(gòu)運動更流暢。有信息頭和信息尾的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)為：表1所示的主任務(wù)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)和表2所示的次任務(wù)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。表2中的參數(shù)信息的字節(jié)個數(shù)是根據(jù)次任務(wù)識別信息區(qū)分是否帶參數(shù)或帶參數(shù)的字符個數(shù)。

    步進電機的步進間隔時間是離散的，速度控制實質(zhì)是控制步進電機產(chǎn)生步進間隔時間，使步進電機按給定的速度工作。若Ti為相鄰兩次走步間的時間間隔(秒)，Vi為進給一步后的末速度(步／秒)，a為下一步加速度。則利用等式，計算相鄰兩步問的時間間隔。由于計算比較繁瑣，因此，一般不采用在線計算控制速度，而是采用離線計算求得各個Ti，通過延時時間表把Ti編人程序中，然后按照表地址依次取出下一步進給的值，通過延時程序或定時器產(chǎn)生給定的時間間隔，發(fā)出相應(yīng)的走步命令即可計算相鄰兩步問的時間間隔。圖4為該標記控制系統(tǒng)的軟件流程。

    ATmegal6的基準時鐘采用11．059 2 MHz無源晶體振蕩器。串口通訊協(xié)議為波特率19 200 bit／s,8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗位。驅(qū)動器使用M542型(64細分)，57BYG步進電機。最大標記幅面滿足260 mm×260 mm，數(shù)字/字母(4 mm高)的刻寫速度3-6個／秒。該系統(tǒng)適用于平面、旋轉(zhuǎn)、平面一旋轉(zhuǎn)混合式標記。

5 結(jié)語
    基于ATmegal6和CH341T改進的標記機控制系統(tǒng)大大緩解PC機的工作負擔；應(yīng)用基于ATmegal6的相頻修正PWM模式，可通過軟件調(diào)整高頻電磁閥所需的PWM信號；使用TIPl22三極管替換直流繼電器后，驅(qū)動電路更簡便和便宜。標記控制軟件從原來常用的并口模式或插擴展卡的模式升級到USB模式，適合于臺式PC機和筆記本電腦．現(xiàn)已實現(xiàn)多標記頭在一臺PC機控制下的異步工作。