用软盘驱动器电机自制x-y绘图仪

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1、1用软盘驱动器电机自制用软盘驱动器电机自制 X XY Y 绘图仪绘图仪深圳职业技术学院 刘遥生本刋 2003 年第一期巧用电脑软盘驱动器电机一文，以 3.5 英寸软盘驱动器电机为 例，详述了驱动器电机的原理和用计算机的并行口（即打印机接口）进行控制的方法。无 论是从方便性，还是从实用性来说，都很有参考价值。下面笔者介绍一种用计算机 5.25 英 寸软盘驱动器电机，自制计算机用的 XY 绘图仪的方法，供大家参考。 自制的 XY 绘图仪可以画直线、曲线、复杂的图形和字符。还可以画数学函数，甚 至印刷电路板图。如果在支持器上装上一把刻刀，则该绘图仪可以将所贴附的乙烯树脂片 切割 成平整的字母、数字和

2、图形。 图 1 所示为绘图仪的结构示意图，表示出了在计算机控制下，如何将两个步进电机的 旋转运动转换为线性运动。此绘图仪由 XY 轴步进电机及 XY 运动传送臂等构成，这 两个 T 型传动臂固定在构成绘图平面的硬质木板上。 X 方向步进电机将绘图工具沿 X 轴左右移动，而 Y 方向步进电机则使其沿 Y 轴上下 移动。由两个轴承座和一个绘图工具夹持器所构成的滑动组件分解 X 和 Y 轴的同步运动， 并使笔或切割刀具按 X 和 Y 二个自由度移动，以获得所需的图形。Z 方向步进电机在计算 机控制下，使绘图平面移开。这种简单的传动机构只适用于轻载画图或切割。这里避免了 使用价格高昂的齿轮、链条或推动

3、螺杆。一、步进电机 步进电机使用报废的 5.25 英寸软盘驱动器上拆下的电机，也可以使用市面上销售的普 通微型步进电机。5.25 英寸磁盘驱动器电机是每转 100 步（3.6 度）的四相混合式步进电机，图 1 XY 绘图仪结构示意图支撑杆固定座轴承套X 轴步进电机Y 轴步进电机 Z 轴步进电机XY 绘图板X 轴 T 型架X 轴 T 型架双轴承工具 夹持器X 弦Y 弦轴承套固定座2可以由计算机的 12 伏电源供电，电流为 0.16 安，阻抗为 75 欧，最大转速度约 300 转/分。 该电机有 5 根接线，其中一根是接地线或公共线，另外四根是脉冲线。这四根线的 A、B、C、D 相，可以用一个 9

4、V 电池来验证。将电池的负端接至黑线，然后将电池的正 端按 1、2、3、4 的次序触及其中的每个引出头。当将电池的正端触及四根线中的某一根时， 步进电机进动，这类步进电机对每一输入脉冲步进 3.6 度，照此方法依次判断出 A、B、C、D 的激励次序线。如需反向进动，则按相反的次序激励。 二、绘图仪的制作 基于软盘驱动器步进电机转矩的限制，方形绘图板的尺寸建议边长约 2530 厘米。材 料可以用 5 厘米厚的胶合板，当然也可以用其它硬质材料平板。按图 1 所示，将 X 轴、Y 轴和 Z 轴的步进电机固定在绘图板的边上。随着 X、Y 和 Z 三个步进电机的安装，也就确 定了 X 和 Y 二个 T

5、型支架基杆和轴的长度。T 型支架可用玻璃纤维棒，利用环氧树脂粘合。 套筒轴承可以用塑料棒来做，然后再胶合到木质固定架上，而固定架则用螺钉固定到绘图 板上。 注意：T 型支架的安装要与绘图板平行。套筒轴承离绘图板的高度取决于 X 和 Y 步进 电机主轴与绘图板之间的距离。二个 T 形架之间垂直间隙至少应有 6mm，以避免在支架的 整个活动范围内的机械干扰。 两个套筒轴承和绘图工具夹持器可以用三个塑料管胶合在一起。工具夹持器的内径要 以挟持轻的毡笔配合适当。在夹持器的侧面安装一个固定螺钉，以便夹持笔或刀具。 将所有的机构另件按图 1 装配起来，并将所有弦牵挂好，使其能带动各机械元件。用 手拉住 T

6、 型支架在整个绘图板移动，应保证元件之间无运动障碍，轴承亦无安装不当。然 后，再做些必要的修正，以保证所有机构另件能顺畅地平滑运动。 三、步进电机驱动板 步进电机驱动板按图 2 绘制一块如图 3 所示的 PC 机 ISA 扩展板。该驱动板使用了四 块集成电路，IC1 是 8255A5 可编程外设接口电路，当然也可以用等效的 8255A、82555 或 82C555 来替代。IC2 是 74LS138 型三线八线译码器集成电路，用 做地址译码，也可用等效的 CMOS 集成电路来替代。IC3、IC4 是 ULN2803 高压大电流达 林顿陈列集成电路。 8255A 有 24 个输入输出口引 脚，但

7、本设计只用到其中的 12 个 口。每块 ULN2803 的八个通路全 都用来驱动 X 轴、Y 轴和 Z 轴步 进电机的线圈。 ULN2803 由八个并行驱动通 道组成，每个通道的额定负载电 流 500mA。每个通道由一个达林 顿缓冲器、反相器和一个回扫二 极管构成，以便使低电平逻辑和 步进电机线圈这类外设功率负载 接口。由软件每次接通一个步进 电机线圈。因 ULN2803 是一个反 相器，所以当 8255A 的输出口变 为低电平时，步进电机线圈被接 通；当 8255 输出口变为高电平时， 输入步进电机线圈的电流降为零。PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PC0 PC

8、1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7A0 A1 RD WR D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7CSVCCGND RSTIC1IC3IC4A31 A30 B14 B13 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2A11 A23 A22 A26 A25 A24B29 B3 B31B1B9IC2Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7Q2A Q2B Q1 A B CGND VCCX 电机Y 电机Z 电机12 V 12 V12 V12 V12 V910910 359816+5VGND18 17 16 1

9、5 14 13 12 1101 23012 301 2 318 17 16 15 14 13 12 111 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 84 3 2 1 40 39 38 37 14 15 16 17 13 12 11 10 18 19 20 21 22 23 24 259 8 5 36 34 33 32 31 30 29 28 276264 5 6 1 2 315 14 13 12 11 10 9 7图 23图 3 是步进电机 驱动板的印刷电路板 图。所有集成电路建 议采用插座。注意： 绘制印刷电路板图时， 元件是放在电路板插 脚端子标号为 A1A31 的哪一面。

10、标号为 B1B31 的一 面为焊接面。电路板 插在计算机主板的 ISA 扩展槽，并在电 路板的右则安装一个 L 型托架，将电路板 固定在计算机上。IC3 的输出线 1118 和 IC4 的引脚 1518， 引至一个 25 芯 D 型 针式插座的 2514 脚， 12V 电源引至 13 脚。便于采用电缆线与步进电机相连。 四、驱动软件 为这个绘图仪所编写的软件给制作者很多编程机会。此程序的目的是将脉冲加到步进 电机的线圈上，使之按一定方向转动。 1编程 此卡可设定八个不同的起始端口地址， 具体取决于来自 IC2（74LS138）选定的 CS（片选）引脚，详见表 1。 如果将 CS 线接至 9 脚

11、，则起始端口地址 为 704（16 进制 2C0） 。8255A-5 集成块有四 个端口，地址分配见表 2。8255A-5 的工作方 式和选择见图 4，对于所有端口均改为输出的 控制字是 128（16 进制 80） ，8255A-5 亦可构 成既有输出端口，又有输入端口。例如，控 制字 133（16 进制 85） ，则设 A 口和 B 口为表 1引脚地址（16 进制）地址（十进制）1520051214220544132405761226060811280640102A067292C070472E0736表 2PA 口PB 口PC 口控制口 端口 名称16 进制十进制16 进 制十进制16 进

12、制十进制16 进 制十进制地址2C07042C17052C27062C3707方式选择：00=方式 0；01=方式 1；1X=方式 2端口 B：1=输入；0=输出 方式选择：0=方式 0；1=方式 1 D7D6D5D4D3D2D1D0置方式标志：1=有效端口 C(上半部)：1=输入；0=输出 端口 C(下半部)：1=输入；0=输出 端口 A：1=输入；0=输出 图 44输出，如用传感器，则 C 口为输入。为使步进电机顺序步进，每个二进制线的脉冲为 1、2、4、8。对于高次脉冲为 16、32、64、128。为了保证使脉冲驱动步进电机通过下一 步，延时间要足够长。如果所有电路都连接正确，而步进电机

13、主轴不转，则可能延迟时间 太短。 2程序举例 第一步是发送控制数据到集成电路，这可用 BASIC 语句来执行： 10 OUT 707,128 ；707 为控制字地址 接着，使步进电机顺序转动，每步之间有延时： 20 FOR I0 TO 100 30 OUT 704,1 40 FOR DELAY0 TO 100：NEXT DELAY 50 OUT 704,2 60 FOR DELAY0 TO 100：NEXT DELAY 70 OUT 704,4 80 FOR DELAY0 TO 100：NEXT DELAY 90 OUT 704,8 100 FOR DELAY0 TO 100：NEXT DELAY 110 NEXT I 接着，关断步进电机： 120 OUT 704,0 根据步进电机顺序，可以画出 X 线，Y 线或其组成的斜线。再用附加程序，即可画出 弧线和圆周线。通信地址：广东省深圳市南山区西丽湖深圳职业技术学院自动化技术实验室 邮 编：518055 作 者：刘遥生 E-mail：liu_ 电 话：075526731642 手 机：13662686339