图5-3
2. 驱动系统
传动驱动部分包括步进电机的驱动和电磁铁的驱动，步进电机须满足快速急停、定位和退刀时能快速运行、工作时能带动工作台并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度运行。在定位和退刀时电磁铁吸合使绘笔抬起，绘图时能及时释放磁力使笔尖压下。
1）步进电机驱动电路和工作原理
步进电机的速度控制比较容易实现，而且不需要反馈电路。设计时的脉冲当量为0.005mm，步进电机每走一步，工作台直线行进0.005mm。
步进电机驱动电路中采用了光电偶合器，它具有较强的抗干扰性，而且具有保护CPU的作用，当功放电路出现故障时，不会将大的电压加在CPU上使其烧坏。
图5-4 步进电机驱动电路图
该电路中的功放电路是一个单电压功率放大电路，当A相得电时，电动机转动一步。电路中与绕组并联的二极管D起到续流作用，即在功放管截止是，使储存在绕组中的能量通过二极管形成续流回路泄放，从而保护功放管。与绕组W串联的电阻为限流电阻，限制通过绕组的电流不至超过额定值，以免电动机发热厉害被烧坏。
由于步进电机采用的是三相六拍的工作方式（三个线圈A、B、C），其正转的通电顺序为：A-AB-B-BC-C-CA-A，其反转的通电顺序为：A-AC-C-CB-B-BA-A。
步进时钟 A相波形 B相波形 C相波形
图5-5 三相六拍工作方式时相电压波形（正转）
2）电磁铁驱动电路
该驱动电路也采用了光电偶合器，但其功放电路相
对简单。其光电偶合部分采用的是达林顿管，因为驱动电磁铁的电流比较大。
图5-6 电磁铁驱动
3）电源设计
两电机同时工作再加上控制系统用电，所需电源容量比较大，需要选择大容量电源。此系统中用到的电源电压为27V、12V、5V，为了便于管理和电源容量需求，就采用了标准的27V电源作为基准，通过芯片进行电压转换得到所需的12V和5V电压。
图5-7 电源转换电路图
电路中在转换芯片的前后有两个电容，前面电容起防止自激作用，后面电容起滤波作用。此外，在具体应用的过程中，LM7805必须加上散热片。
3. 传感器和人机界面
由于步进电机不需要反馈电路，但是要注意工作台不能超过最大行程。因此，
必须在X、Y轴的方向各加上两个行程开关。这里行程开关作用有两个：（1）防止工作台超过最大行程，使电机损坏（2）可以用与定位。所以这4个行程开关就充当了传感器。
人机界面设计的准则就是要有良好的人机交互能力，一般要求操作简便，界面简洁明了。此系统中共有9个LED，LED1灯亮表示X轴负方向禁止通行，LED2灯亮表示X轴正方向禁止通行，LED3灯亮表示Y轴负方向禁止通行，LED4灯亮表示Y轴正方向禁止通行，LED5灯亮表示手动使工作台向X轴负方向通行，LED6灯亮表示手动使工作台向X轴正方向通行，LED7灯亮表示手动使工作台向Y轴负方向通行，LED8灯亮表示手动使工作台向Y轴正方向通行，LED9亮表示系统通电运行。
界面上的7个按扭意义为：按扭1是通断电开关，按扭2是向X轴负方向运行的点动开关，按扭3是向X轴正方向运行的点动开关，按扭4是向Y轴负方向运行的点动开关，按扭5是向Y轴正方向运行的点动开关，按扭6是复位开关，按扭7是执行绘制圆弧开关。
图5-8 人机界面图
六、控制系统软件设计
1. 总体方案
对于AT89S51的程序设计，由于所需实现的功能较简单，采用汇编的形式。编译器采用Keil 7.02b。该编译器是51系列单片机程序设计的常用工具，既可用汇编，也支持C语言编译。同时具有完善的调试功能。
2. 主流程图
CTL EQU 3FF8H PA EQU 3FF9H
上电复位 PB EQU 3FFAH PC EQU 3FFBH CMD EQU 02H
P1.6=0，吸合电磁铁，绘笔抬起 ORG 0000H
AJMP MAIN ORG 0003H
外部中断，8155初始化 AJMP INT0IS ；外部中断0入口
ORG 000BH
AJMP TM0IS ；定时器0中断入口 ORG 0013H
开外部中断，开总中断 AJMP INT1IS ；外部中断1入口 ORG 001BH
AJMP TM1IS ；定时器1中断入口
等待中断 ORG 0100H
MAIN：ANL P1，0EFH
SETB IT0 ；外中断负跳沿触发
图6-1 SETB IT1 MOV A，CTL MOV DPTR，A
MOVX @DPTR，CMD ；A口输入，B口输出，C口输入 SETB EX0 ；允许外中断0 SETB EX1 ；允许外中断1 SETB PX0
SETB PX1 ；设置优先级 SETB EA ；开总中断 LOOP：AJMP LOOP ；等待中断
在等待中断的过程中，如果有中断到来，先检查中断0的状态，是中断0则进入中断0的中断服务INT0IS，是中断1则进入中断1的中断服务INT1IS。
中断服务0是由4个行程开关触发的，它触发后通过单片机读取PA口内容，然后将结果反馈到PB口的LED上。
中断服务1有6个中断源，这六个中断源分别是手动X正方向运行，手动X负方向运行，手动Y正方向运行，手动Y负方向运行，复位和绘制圆弧。
3. INT0中断服务流程图
图6-2 INT0IS：PUSH ACC PUSH DPTL PUSH DPTH PUSH PSW MOV A，PA MOV DPTR，A
MOVX A，@DPTR ；读PA口内容 MOV R2，A MOV A，PB MOV DPTR,A MOV @DPTR,R2 MOV A，R2
CPL A ；A取反
ANL A，#03H ；屏蔽高6位 JZ A，TM2C SETB P1.0 SETB P1.1 SETB P1.2 TM2C： MOV A，R2 CPL A
ANL A，#0CH JZ A，RETIN SETB P1.3
SETB P1.4 SETB P1.5 RETIN：POP PSW POP DPTH POP DPTL POP ACC RETI