光谱测量中单色仪的微机自动拖动

　　1　引　　言

　　长期以来,人们对光谱进行测量时,需借助单色仪通过人工读取数据而获得待测光源在整个可见光范围内(380～780nm)的光谱分布,再计算其光参数,但由于人工检测易造成人为的读数误差,测试时间长,给测量带来很大困难,而且测量精度低。随着微型计算机技术的不断发展,微机在工业控制、自动测量等领域发挥越来越重要的作用。这里就是利用微机的接口技术,结　　合光电转换技术,由微机控制步进电机;步进电机带动光栅单色仪传动,在可见光(380～780nm)范围内逐点扫描得到对应于各波长位置的相对光强度分布值,实现对光谱参数的自动测量。

　　2　步进电机驱动接口软硬件的设计

　　步进电机是控制系统中得到最广泛应用的一种执行器件,它可以自动控制单色仪进行精密的分光扫描,也可用于散射实验角分布的探测及自动控制可调谐染料激光器进行准确的光栅扫描等。实现对步进电机控制的方法很多,本系统采用三相六拍工作方式[1],对步进电机进行控制,这种接口电路简单、工作可靠性高、负载能力强、程序设计灵活、易于推广应用等特点。

　　2.1硬件接口电路及工作原理

　　接口与自动控制主机IBM PC机的连接采用并行接口方式[2],其特点是数字传输速度较快,连接过程简单,接口电路可以直接与主机信号线相连进行信息交换,利于实时控制和数据的快速采样工作。硬件线路主要分成两个部分(见图1),前一部分由数字集成电路构成,作为PC机的输出端口,主要功能是地址译码、数据选通、锁存、缓冲等;后一部分是步进电机的驱动电路,它接受来自数据总线D0、D1、D2作为输入信号,通过光电隔离、功放,驱动步进电机工作。电机的各相通电顺序如图2所示。

　　步进电机工作时,它的每一相每一拍的通电时间及驱动电流都是一定的。为了达到最佳转速,步进电机拍与拍间的间隔时间也是一定的。由于步进电机A、B、C三相分别对应驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3(如图1),因此,要使得步进电机处于最佳工作状态,只要控制三路驱动电路,使其处于最佳工作状态,而此三路驱动电路的输入信号是来自数字信号线的D0、D1、D2信号,当它为高电平+5V时,驱动电路工作,否则,驱动电路的三极管处于截止状态。

　　数字电路部分主要由三一八译码器74LS138,双D触发器74LS74和三态门缓冲器74LS367构成,它的工作过程可结合图3来说明。在T1时钟状态,CPU送出地址锁存允许信号ALE,在其后沿将I/O口地址缓冲送出,成为有效地址,此地址的A0～A9作为本接口译码地址的输入信号。在T2状态的IOW信号产生后的tl时间,CPU即将要写入I/O口地址的数据送到数据总线,直接加到本接口双D触发器74LS74的D输入端,一直保持到T4状态时钟上升沿后t2时间。在这段时间内,如果译码器满足译码条件,就会输出一个低电平选通信号Y6,作为D触发器的时钟信号。在此时钟作用下,数据线上的数据在T4状态将双D触发器输出端锁存起来。同样,在Y6选通信号作用下,74LS367三态门打开(平时此门处于隔离状态),使D触发器锁存的数据通过此三态门作为驱动电路的输入信号。因此,控制Y6选通信号就可以控制通过三态门加到驱动电路上的信号以及它的工作时间,使驱动电路处于最佳工作状态,从而达到控制步进电机和单色仪的目的,这些都可以用软件加以实现。