本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制方法，具體是一種用于平板掃描儀和自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀的步進(jìn)電機(jī)控制方法。

背景技術(shù)：

目前，常用的掃描儀分為平板掃描儀和自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀兩種。平板掃描儀將待掃描文件固定放在透明掃描窗口中，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)CIS傳感器勻速地對(duì)待掃描文件進(jìn)行掃描操作。自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀在掃描過(guò)程中，CIS傳感器固定不動(dòng)，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)走紙履帶，使得待掃描文件勻速通過(guò)掃描窗口。為了使得掃描儀中步進(jìn)電機(jī)以比較高的速度進(jìn)行掃描，需要經(jīng)過(guò)加速過(guò)程，加速到預(yù)定速度之后，進(jìn)入勻速過(guò)程，才能進(jìn)行掃描；同樣掃描任務(wù)完成之后，步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行減速過(guò)程，直至電機(jī)停止。若突然把步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)加速到很高速度，或由很高速度立即停止，則會(huì)損壞步進(jìn)電機(jī)。因此，掃描儀中的步進(jìn)電機(jī)一般需要經(jīng)過(guò)加速-勻速-減速等基本的過(guò)程。

傳統(tǒng)的控制裝置，在步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換的情況下（加速變?yōu)閯蛩?，或者勻速變?yōu)闇p速）需要CPU進(jìn)行重新配置，這導(dǎo)致了軟件復(fù)雜度提高，實(shí)時(shí)性變差。

步進(jìn)電機(jī)控制一般采用通用的PWM發(fā)生器。

① 電機(jī)的加速過(guò)程：首先將電機(jī)的加速表放入存儲(chǔ)器中，CPU配置通用DMA和通用PWM，將加速表搬運(yùn)到通用PWM的緩存中。通用PWM將緩存中的數(shù)據(jù)作為周期，輸出占空比為50%的脈沖信號(hào)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

② 電機(jī)的勻速過(guò)程：加速過(guò)程完畢后，CPU重新配置通用PWM，通用PWM輸出一定個(gè)數(shù)的脈沖信號(hào)（由于是勻速，這些脈沖信號(hào)的周期全都相同，占空比都為50%）。

③ 電機(jī)的減速過(guò)程：掃描結(jié)束之后，CPU配置通用DMA和通用PWM，將減速表搬運(yùn)到通用PWM的緩存中。通用PWM將緩存中的數(shù)據(jù)作為周期，輸出占空比為50%的脈沖信號(hào)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，直至步進(jìn)電機(jī)停止。

現(xiàn)有技術(shù)的缺陷：

① 步進(jìn)電機(jī)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，需要CPU重新配置通用DMA和通用PWM，提高了軟件復(fù)雜度，降低了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

② 自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀，采用步進(jìn)馬達(dá)將待掃描文件送入掃描窗口，為了加速掃描間隙的走紙速度，可以在不掃描的時(shí)刻，讓步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加速-勻速-減速以加速走紙。若采用原有技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一操作，需要大量的CPU中斷操作，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

③需要通用DMA來(lái)搬運(yùn)加速表和減速表到電機(jī)控制裝置中，消耗了額外的硬件資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于平板掃描儀和自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀的步進(jìn)電機(jī)控制方法，包括如下步驟：

① 將加速表、減速表連續(xù)地放入存儲(chǔ)器中，其中表的數(shù)值為輸出脈沖信號(hào)的周期；

② CPU通過(guò)配置通道配置步進(jìn)電機(jī)控制裝置；

③ CPU配置開(kāi)始產(chǎn)生步進(jìn)控制脈沖信號(hào)；在變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，步進(jìn)電機(jī)控制裝置會(huì)自動(dòng)從存儲(chǔ)器中讀出加速表或減速表，作為輸出脈沖的周期，輸出一定數(shù)量的脈沖；在勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，步進(jìn)電機(jī)控制裝置會(huì)根據(jù)本次勻速狀態(tài)的周期，輸出一定數(shù)量的脈沖；

④ 待步進(jìn)電機(jī)控制裝置完成了所有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生中斷，通知CPU停止工作、步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，步驟②中配置的信息包括：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的個(gè)數(shù)和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模式，每個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸出脈沖的個(gè)數(shù)，每個(gè)勻速階段輸出脈沖的周期，加速表、減速表在存儲(chǔ)器中的地址。

進(jìn)一步的，若有異常情況發(fā)生，需要步進(jìn)電機(jī)停下，則可以在任何運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中重新配置步進(jìn)電機(jī)控制裝置，使之減速直至停止。

進(jìn)一步的，采用如下兩種處理方式使步進(jìn)電機(jī)停止：一、由CPU配置，使之減速直至停止；二，若模塊輸入的異常脈沖信號(hào)有效，則電機(jī)控制裝置控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)入預(yù)先設(shè)定好的異常處理運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

進(jìn)一步的，對(duì)于自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀，步驟③中勻速階段輸出脈沖的個(gè)數(shù)可以配置為無(wú)限制；步進(jìn)電機(jī)進(jìn)入下一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方式有兩種：CPU配置和模塊輸入的跳轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)。

進(jìn)一步的，模塊輸入的跳轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)可配置來(lái)自于傳感器。

進(jìn)一步的，步驟②中，CPU通過(guò)配置通道將配置信息傳入步進(jìn)電機(jī)控制裝置；隨后總線(xiàn)主機(jī)接口通過(guò)讀表通道訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，將加速表、減速表讀回，寫(xiě)入內(nèi)部FIFO中；脈沖輸出控制模塊記錄當(dāng)前輸出的脈沖個(gè)數(shù)，來(lái)確定當(dāng)前處于加速或減速模式還是勻速模式，若是加速或減速模式，則讀取FIFO中的值作為輸出脈沖的周期，若是勻速模式，則用CPU的配置信息作為輸出脈沖的周期。

進(jìn)一步的，步進(jìn)電機(jī)控制裝置的總線(xiàn)從機(jī)接口解析總線(xiàn)協(xié)議，解析之后將配置信息存入寄存器模塊，寄存器模塊將配置信息分發(fā)給運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制模塊、異常狀態(tài)控制模塊、脈沖輸出控制模塊、總線(xiàn)主機(jī)接口和FIFO寫(xiě)控制模塊；隨后FIFO寫(xiě)控制模塊根據(jù)FIFO的狀態(tài)決定是否從存儲(chǔ)器中讀取加減速表的值，若需要讀取，則總線(xiàn)主機(jī)接口產(chǎn)生總線(xiàn)讀操作，通過(guò)讀表通道訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，將加速表減速表讀回，F(xiàn)IFO寫(xiě)控制模塊將加減速表寫(xiě)入內(nèi)部FIFO中；脈沖輸出控制模塊記錄當(dāng)前輸出的脈沖個(gè)數(shù)，來(lái)確定當(dāng)前處于加速（減速）模式還是勻速模式，若是加速（減速模式），則FIFO讀控制模塊讀取FIFO中的值作為輸出脈沖的周期，若是勻速模式，則用CPU的配置信息作為輸出脈沖的周期；FIFO讀控制模塊從FIFO中讀取數(shù)據(jù)之后，F(xiàn)IFO中的數(shù)據(jù)變少，當(dāng)FIFO中空余空間達(dá)到一定個(gè)數(shù)之后，F(xiàn)IFO寫(xiě)控制模塊會(huì)讓總線(xiàn)主機(jī)接口會(huì)繼續(xù)從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)；全部的脈沖都輸出之后，步進(jìn)電機(jī)控制裝置產(chǎn)生中斷，通知CPU。

進(jìn)一步的，另外一種產(chǎn)生中斷的情況是，當(dāng)電機(jī)處于變速狀態(tài)，需要加速表（減速表）中的值作為輸出脈沖的周期；如果此時(shí)總線(xiàn)主機(jī)接口沒(méi)有從存儲(chǔ)器中讀回加速表（減速表）的值，那么FIFO為空，當(dāng)前需要輸出的脈沖周期未知，需要產(chǎn)生中斷，通知CPU電機(jī)控制裝置無(wú)法讀取加速表（減速表）。

本發(fā)明的用于平板掃描儀和自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀的步進(jìn)電機(jī)控制方法，CPU在步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)之前，配置好整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，這樣步進(jìn)電機(jī)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，都不需要CPU重新進(jìn)行配置，減少CPU中斷次數(shù)，簡(jiǎn)化了軟件復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。此外，本發(fā)明不需要采用通用DMA，減少了硬件資源的消耗。對(duì)于自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀，可以配置勻速過(guò)程輸出脈沖個(gè)數(shù)無(wú)限制，直到CPU進(jìn)行配置，進(jìn)入下一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

附圖說(shuō)明

圖1是步進(jìn)電機(jī)控制裝置結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是步進(jìn)電機(jī)控制裝置硬件結(jié)構(gòu)圖；

圖3是平板掃描儀控制實(shí)施例；

圖 4是自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀控制實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1和2所示，本發(fā)明的用于平板掃描儀和自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀的步進(jìn)電機(jī)控制方法，包括如下步驟：

① 將加速表、減速表連續(xù)地放入存儲(chǔ)器中，其中表的數(shù)值為輸出脈沖信號(hào)的周期；

② CPU通過(guò)配置通道配置步進(jìn)電機(jī)控制裝置。配置的信息包括：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的個(gè)數(shù)和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模式，（步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為變速-勻速-變速-勻速-……，變速和勻速交替，變速階段輸出脈沖的周期需要讀取加速表或減速表，勻速階段輸出脈沖的周期由CPU配置），每個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸出脈沖的個(gè)數(shù)，每個(gè)勻速階段輸出脈沖的周期，加速表、減速表在存儲(chǔ)器中的地址。另外，可以通過(guò)配置某個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸出0個(gè)脈沖，來(lái)跳過(guò)這個(gè)狀態(tài)。比如配置第一個(gè)變速狀態(tài)輸出0個(gè)脈沖，這樣步進(jìn)電機(jī)真實(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就是：勻速-變速-勻速-變速。

③ CPU配置開(kāi)始產(chǎn)生步進(jìn)控制脈沖信號(hào)。在變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，步進(jìn)電機(jī)控制裝置會(huì)自動(dòng)從存儲(chǔ)器中讀出加速表或減速表，作為輸出脈沖的周期，輸出一定數(shù)量的脈沖；在勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，步進(jìn)電機(jī)控制裝置會(huì)根據(jù)本次勻速狀態(tài)的周期，輸出一定數(shù)量的脈沖。

④ 待步進(jìn)電機(jī)控制裝置完成了所有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生中斷，通知CPU電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。

若有異常情況發(fā)生，需要電機(jī)停下，則可以在任何運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中重新配置步進(jìn)電機(jī)控制裝置，使之減速直至停止。處理的方式有兩種：第一種由CPU配置，使之減速直至停止；第二種方式，若模塊輸入的異常脈沖信號(hào)有效，則電機(jī)控制裝置控制電機(jī)進(jìn)入預(yù)先設(shè)定好的異常處理運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；過(guò)程如下：在步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)之前，配置異常處理運(yùn)動(dòng)方式：異常處理運(yùn)動(dòng)狀態(tài)個(gè)數(shù)為：1個(gè)（減速），異常處理減速表地址。若步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)異常或者掃描接口不能正常接收數(shù)據(jù)，模塊輸入的異常脈沖信號(hào)有效，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)控制裝置脫離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)入異常處理的減速狀態(tài)，直至電機(jī)停止。

對(duì)于自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀，勻速階段輸出脈沖的個(gè)數(shù)可以配置為無(wú)限制；由于傳動(dòng)皮帶存在打滑的情況，無(wú)法像平板掃描儀一樣精確確定勻速輸出脈沖的個(gè)數(shù)。步進(jìn)電機(jī)進(jìn)入下一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方式有兩種：CPU配置和模塊輸入的跳轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)。其中模塊輸入的跳轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)可以配置來(lái)自于傳感器，這樣可以實(shí)現(xiàn)在CPU不干預(yù)的情況下，完成整個(gè)掃描過(guò)程。例子：對(duì)于自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀，當(dāng)傳感器檢測(cè)到紙盒中沒(méi)有紙張需要被掃描，并且最后一張紙也已經(jīng)被掃描完畢，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，通知電機(jī)控制裝置，整個(gè)掃描過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，步進(jìn)電機(jī)從當(dāng)前的勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（步數(shù)無(wú)限制），自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)減速狀態(tài)，直至步進(jìn)電機(jī)停止。

本發(fā)明步進(jìn)電機(jī)控制裝置框圖如圖2所示。CPU通過(guò)配置通道將之前描述的信息傳入本裝置，總線(xiàn)從機(jī)接口解析總線(xiàn)協(xié)議（如AHB，AXI等），解析之后將配置信息存入寄存器模塊，寄存器模塊將配置信息分發(fā)給運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制模塊、異常狀態(tài)控制模塊、脈沖輸出控制模塊、總線(xiàn)主機(jī)接口和FIFO寫(xiě)控制模塊；隨后FIFO寫(xiě)控制模塊根據(jù)FIFO的狀態(tài)決定是否從存儲(chǔ)器中讀取加減速表的值，若需要讀取，則總線(xiàn)主機(jī)接口產(chǎn)生總線(xiàn)讀操作，通過(guò)讀表通道訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，將加速表減速表讀回，F(xiàn)IFO寫(xiě)控制模塊將加減速表寫(xiě)入內(nèi)部FIFO中；脈沖輸出控制模塊記錄當(dāng)前輸出的脈沖個(gè)數(shù)，來(lái)確定當(dāng)前處于加速（減速）模式還是勻速模式，若是加速（減速模式），則FIFO讀控制模塊讀取FIFO中的值作為輸出脈沖的周期，若是勻速模式，則用CPU的配置信息作為輸出脈沖的周期；FIFO讀控制模塊從FIFO中讀取數(shù)據(jù)之后，F(xiàn)IFO中的數(shù)據(jù)變少，當(dāng)FIFO中空余空間達(dá)到一定個(gè)數(shù)之后，F(xiàn)IFO寫(xiě)控制模塊會(huì)讓總線(xiàn)主機(jī)接口會(huì)繼續(xù)從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)；全部的脈沖都輸出之后，步進(jìn)電機(jī)控制裝置產(chǎn)生中斷，通知CPU。若此過(guò)程中異常脈沖信號(hào)有效，脈沖輸出控制模塊停止工作，異常狀態(tài)控制模塊清空FIFO，并且讓總線(xiàn)主機(jī)接口讀取異常處理減速表，異常狀態(tài)控制模塊重新使能脈沖輸出模塊，把異常處理減速表中的值當(dāng)做輸出脈沖的周期。若電機(jī)控制裝置處于勻速狀態(tài)，并且輸出步數(shù)設(shè)置為無(wú)限制，當(dāng)跳轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)有效時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制模塊將控制脈沖輸出控制模塊進(jìn)入下一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

另外一種產(chǎn)生中斷的情況是，當(dāng)電機(jī)處于變速狀態(tài)，需要加速表（減速表）中的值作為輸出脈沖的周期；如果此時(shí)總線(xiàn)主機(jī)接口沒(méi)有從存儲(chǔ)器中讀回加速表（減速表）的值，那么FIFO為空，當(dāng)前需要輸出的脈沖周期未知，需要產(chǎn)生中斷，通知CPU電機(jī)控制裝置無(wú)法讀取加速表（減速表）。例子：電機(jī)當(dāng)前處于加速階段，本個(gè)加速階段共需要輸出100個(gè)脈沖，因而需要從存儲(chǔ)器中讀取100個(gè)值來(lái)當(dāng)做輸出脈沖的周期；總線(xiàn)主機(jī)接口中，每次從存儲(chǔ)器中讀取16個(gè)數(shù)據(jù)放入FIFO，但是第一次總線(xiàn)主機(jī)接口完成存儲(chǔ)器的讀操作之后，總線(xiàn)被其他主機(jī)占用，電機(jī)控制裝置的總線(xiàn)主機(jī)接口無(wú)法從存儲(chǔ)器中讀取加速表的值，當(dāng)電機(jī)控制裝置需要輸出第17個(gè)脈沖時(shí)，需要從內(nèi)部FIFO中讀取加減速表中的值，但是此時(shí)FIFO為空，電機(jī)控制裝置不知道要輸出脈沖信號(hào)的周期，中斷產(chǎn)生模塊會(huì)產(chǎn)生中斷，通知CPU。

平板掃描儀實(shí)例：

CPU配置如下信息：共有三個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分別是：加速、勻速、減速；加速表和減速表在存儲(chǔ)器中的地址；加速狀態(tài)的步數(shù)（脈沖個(gè)數(shù)）為2；勻速狀態(tài)的步數(shù)為5；減速狀態(tài)的步數(shù)為2；勻速狀態(tài)的脈沖周期為1。圖3為輸出的步進(jìn)脈沖控制信號(hào)。

自動(dòng)進(jìn)紙掃描儀實(shí)例：

CPU配置如下信息：共有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分別是：加速、勻速；加速表在存儲(chǔ)器中的地址；加速狀態(tài)的步數(shù)（脈沖個(gè)數(shù)）為2；勻速狀態(tài)的步數(shù)為無(wú)限制；勻速狀態(tài)的脈沖周期為1。圖4為輸出的步進(jìn)脈沖控制信號(hào)。