CN1178375C - 步进马达的控制方法 - Google Patents

Abstract

扫描器的步进马达控制方法，利用脉冲计数值、计数基数、定速期间三组参数控制马达转动。该方法包含：产生同步马达触发信号，以扫描器影像感测模组产生的曝光脉冲送出马达触发信号，并清除基数累加值；累计基数累加值，在每个参考脉冲，将基数累加值加上计数基数；产生非同步马达触发信号，当基数累加值大于或等于脉冲计数值时，送出马达触发信号，并清除该基数累加值。由于仅以藉由三组控制参数即可控制扫描器的步进马达的速度。且参数设计简单。同时仅使用三组参数，因此可节省集成电路的逻辑门数。

Description

步进马达的控制方法

技术领域

本发明涉及马达控制系统，特别涉及以较少参数控制扫描器的步进马达的马达的控制方法。

背景技术

扫描器的移动机架(Carriage)一般是由步进马达来驱动。为了使该移动机架等的惯量大的负载能够加速至需求的速度运转，目前逐渐采用线性加速的控制方式来克服静态惯量及摩擦力。若未应用该线性加速的控制方式来启动步进马达，该步进马达不易达到较高速的运转。

但目前应用在扫描器的步进马达控制的线性加速的控制方式，必须提供多达7组控制参数来控制马达启动、运转、以及回溯(back-track)控制。该等控制参数包括马达移动触发间隔(MMTI)、马达移动模式表(MMPT)、马达移动模式表长度(MMPTL)、马达停止间隔(MSI)、马达反转间隔(MRI)、马达减速间隔(MSDI)、以及马达减速比(MSDR)等。在该等参数中，每个参数的设定会互相影响，以至于应用在不同扫描器时，其参数大都需重新设定，且由于参数多达7组，因此在设计上相当费时。

发明内容

有由于上述问题，本发明的目的是提供一种仅以三组控制参数即可控制应用于扫描器的步进马达的步进马达控制方法。

根据本发明的步进马达控制方法，是利用脉冲计数值PCN、计数基数CB、以及定速期间MCSI等三组参数来控制马达的转动，该控制方法包含下列步骤：

(a)产生同步马达触发信号，即以该扫描器的影像检测模块所产生的曝光脉冲CVTR送出一马达触发信号，并清除基数累加值；

(b)累计前述基数累加值，即在每个参考脉冲，将基数累加值加上计数基数CB；以及

(c)产生非同步马达触发信号，即当基数累加值大于或等于脉冲计数值PCN时，送出一非同步马达触发信号，并清除该基数累加值。

本发明的步进马达控制方法，是以控制寄存计数基数TCB的方式控制步进马达在回溯控制时的动作，其控制步骤如下：

(a)初值设定，即将一寄存计数基数TCB设定成计数基数CB，并将正转特征位致能；

(b)减速控制，执行子程序A以输出非同步马达触发信号，并将寄存计数基数TCB减1，并重复该步骤至该寄存计数基数TCB为0；

(c)反转加速控制，将正转特征位取消致能，并执行子程序A以输出非同步马达触发信号，且将寄存计数基数TCB加1，并重复该步骤至该寄存计数基数TCB等于计数基数CB；

(d)反转定速控制，执行子程序A以输出非同步马达触发信号，并重复该步骤至定速期间MCSI所存储的次数；

(e)反转减速控制，执行子程序A以输出非同步马达触发信号，并将寄存计数基数TCB减1，并重复该步骤该寄存计数基数TCB为0；

(f)正转加速控制，即当收到一启动信号后，将正转特征位致能，且执行子程序A以输出非同步马达触发信号，并将寄存计数基数TCB加1，并重复该步骤至该寄存计数基数TCB等于计数基数CB；以及，

(g)正转定速控制，执行子程序A以输出非同步马达触发信号，并重复该步骤至定速期间MSCI所存储的次数；其中，子程序A包含下列步骤：

(a)累计基数累加值，即对应每个参考脉冲，将基数累加值加上寄存计数基数TCB；以及，

(b)产生非同步马达触发信号，即当基数累加值大于或等于脉冲计数值PCN时，送出一非同步马达触发信号，并清除该基数累加值。

与目前应用在扫描器的步进马达控制的线性加速的控制方式相比较，该现有技术必须提供多达7组控制参数来控制马达，且该多个控制参数中，每个参数的设定会互相影响，在设计上相当费时。而本发明的步进马达控制方法仅以藉由三组控制参数即可控制扫描器的步进马达的速度，且参数设计简单。同时仅使用三组参数，因此可节省IC的GATE数。

以下参考附图说明本发明的较佳实施例。

附图说明

图1显示本发明步进马达控制系统所产生的马达触发信号的时序图。

图2显示本发明步进马达控制系统回溯流程控制时，其移动机架的位置示意图。

图3显示本发明步进马达控制系统的主动作控制流程图。

图4显示本发明步进马达控制系统在回溯控制时的减速状态的控制流程图。

图5显示本发明步进马达控制系统在回溯控制时的反转加速状态的控制流程图。

图6显示本发明步进马达控制系统在回溯控制时的反转定速状态的控制流程图。

图7显示本发明步进马达控制系统在回溯控制时的反转减速状态的控制流程图。

图8显示本发明步进马达控制系统在回溯控制时的正转加速状态的控制流程图。

图9显示本发明步进马达控制系统在回溯控制时的正转定速状态的控制流程图。

图10显示本发明步进马达控制系统在回溯控制时的马达的速度与时间的关系图。

图11显示本发明子程序A的控制流程图。

图12显示本发明步进马达控制系统预扫加速时的正转定速状态的控制流程图。

具体实施方式

本发明步进马达控制系统是用来控制装配在扫描器内的步进马达的转动，进而控制移动机架的动作。一般而言，扫描器的移动机架包括几个动作，即扫描时的定速前进、归位时的快速后退、预扫时的快速前进、以及存储器缓冲器饱和时停止的回溯控制。且该回溯控制包含正转减速、反转加速、反转定速、反转减速、停止、正转加速、以及正转定速等阶段。本发明仅需输入三个控制参数即可控制上述扫描器的移动机架的动作。

该等控制参数包括脉冲计数值PCN、计数基数CB、以及马达定速间隔MCSI等。脉冲计数值PCN是用来决定非同步马达触发信号的周期。而计数基数CB具有两个功能，一个功能是调整马达速度，用来作为非同步马达触发信号的累计基数，另一个功能是在回溯控制时作为马达加速与减速的减速比。另外，第三个控制参数为马达定速间隔MCSI，是用来设定在回溯控制时，马达定速行走的步数。

脉冲计数值PCN的计算方式为扫描器的影像检测模块每次曝光时间(E_time)所计算的参考频率R_CLK的脉冲数，即如式(1)所示的函数：

PCN＝E_time*R_CLK  ...(1)

例如，对于参考频率为0.25MHz、2400dpi且可扫描8.5″文件的扫描器，若CCD的数据传输率为5MB/s，则其CCD具有20400(2400*8.5)个检测单元，其曝光时间为4.08ms(20400/5(MB/s))，故其脉冲计数值PCN根据式(1)为1020(4.08ms*0.25MHz)。

图1所示为本发明步进马达控制系统所产生的马达触发信号的时序图。图中显示参考频率R_CLK、影像检测模块的曝光触发信号CVTR、马达同步触发信号STR、以及马达非同步触发信号ASTR的关系。一般的扫描器均会提供一较高频的工作频率，本发明的步进马达控制系统可利用该工作频率经过除频后作为参考频率R_CLK。且配置在扫描器内的影像检测模块，例如CCD，在每次曝光开始时，均会送出曝光触发信号CVTR。马达同步触发信号STR与马达非同步触发信号ASTR是以OR运算方式提供触发信号给步进马达，藉以驱动该步进马达转动。

如图1所示，在每个曝光触发信号CVTR的后缘产生同步马达触发信号STR，而在曝光触发信号CVTR的前缘清除一基数累加值BA。基数累加值BA是根据式(2)来计算：

BA＝BA+CB  ...(2)

当基数累加值BA＞＝PCN时，除了产生一非同步马达触发信号ASTR外，还同时将该基数累加值BA清除为0，重新计数。根据脉冲计数值PCN的定义可了解，在一个曝光触发信号CVTR周期内，会产生脉冲计数值PCN所设定的参考脉冲数。因此，当计数基数CB为1时，由于基数累加值BA尚未大于或等于脉冲计数值PCN，即被曝光触发信号CVTR清除，因此仅有同步马达触发信号STR会产生马达触发脉冲。当计数基数CB为2时，则因基数累加值BA每次加2，因此非同步马达触发信号ASTR会在曝光触发信号CVTR大约一半的位置产生一脉冲。在此情形下，同步马达触发信号STR与非同步马达触发信号ASTR会在一个曝光触发信号CVTR周期内产生2个马达触发脉冲，步进马达的速度变为2倍。而在图1所示的例子中，由于计数基数CB为4，因此非同步马达触发信号ASTR会在曝光触发信号CVTR的大约1/4、1/2、与3/4位置分别产生一马达触发脉冲。在此情形下，同步马达触发信号STR与非同步马达触发信号ASTR会在一个曝光触发信号CVTR周期内产生4个马达触发脉冲，步进马达的速度变为4倍。因此，可由不同的计数基数CB值来控制步进马达速度。

参考表1，显示脉冲计数值PCN、计数基数CB、以及扫描器的解析度DPI之间的关系。

                                 表一

PCNDPI	1020	1020*2	1020*4	1020*8
					2400	CB＝1	CB＝1*2	CB＝1*4	CB＝1*8
1200	CB＝2	CB＝2*2	CB＝2*4	CB＝2*8
					600	CB＝4	CB＝4*2	CB＝4*4	CB＝4*8

如表1所示，若在上述例子中，对于解析度为2400dpi且可扫描8.5″文件的扫描器，其脉冲计数值PCN根据式(1)为PCN＝1020，此时其计数基数CB值为1。若是解析度降为1200dpi或600dpi，则只要将计数基数CB改为2或4即可，参数的调整相当简单。而且，由于计数基数CB兼具调整马达加减速的功用，因此可由同时将脉冲计数值PCN与计数基数CB乘上一基数，例如2、4或8。如此，可增加计数基数CB值，而使马达加减速改变，但不影响运转速度的控制。

图2显示当扫描器的存储器缓冲器饱和且启动回溯控制时，其移动机架的移动情形及其相对位置，其中垂直线S为回溯控制开始时的移动机架位置。如该图所示，状态一为扫描器在回溯控制前的定速前进状态。状态二为回溯控制启动后的前进减速状态。状态三为前进减速状态后的后退加速状态。状态四为后退加速状态后的后退定速状态。状态五为后退定速状态后的后退减速状态。状态六为后退减速状态后的前进加速状态。状态七为前进加速状态后的前进定速状态。其中，步进马达在状态五与状态六之间会暂时停止，等待存储器内的数据进行传输。以下参考图3～图9说明每个状态的控制流程，其中图4～图9为对应状态二至状态七的回溯控制流程。在状态二至状态七的每个状态的控制流程，是通过改变寄存计数基数TCB值来控制速度。

以下，参考图3至图9，详细说明本发明的控制流程。图3显示本发明控制系统中，马达触发信号的控制流程图。一旦扫描器开始驱动马达运转，即执行该控制流程。其各步骤的说明如下：

步骤S302：将正转特征位设定为1，将寄存计数基数TCB设定为计数基数CB，并清除基数累加值，即CW＝1，TCB＝CB，BA＝0；

步骤S304：检测是否有参考脉冲R_CLK，若有检测到参考脉冲R_CLK，则跳至步骤S306，否则持续检测；

步骤S306：将基数累加值BA加上寄存计数基数TCB值，即BA＝BA+TCB；

步骤S308：比较基数累加值BA是否大于或等于脉冲计数值PCN。若大于或等于脉冲计数值PCN，则跳至步骤S311，否则跳至步骤S310；

步骤S310：检测是否有曝光触发信号CVTR，若有检测到曝光触发信号CVTR，则跳至步骤S312，否则跳至步骤S304；

步骤S311：送出一非同步马达触发信号ASTR，并清除基数累加值BA，并跳至步骤S304；

步骤S312：送出一同步马达触发信号STR，并清除基数累加值BA；

步骤S314：检测存储器缓冲器是否已满，即缓冲器饱和特征位BFF是否为1，若是则跳至步骤S316，否则跳至步骤S318；

步骤S316：启动回溯控制；

步骤S318：是否结束驱动，若是则结束该控制，否则跳至步骤S304。

图4显示扫描器在回溯控制启动后的前进减速状态(状态二)，本发明控制系统的控制流程图。其各步骤的说明如下：

步骤S402：将正转特征位设定为1，并将寄存计数基数TCB设定为计数基数CB值，即CW＝1，TCB＝CB；

步骤S404：执行程序A，并输出非同步马达触发信号ASTR；

步骤S406：将寄存计数基数TCB减1，即TCB＝TCB-1；

步骤S408：比较寄存计数基数TCB是否为0，若为0，跳至状态三控制步骤，否则跳至步骤S404。

图5显示扫描器在回溯控制启动后的后退加速状态(状态三)，本发明控制系统的控制流程图。其各步骤的说明如下：

步骤S502：将正转特征位设定为0，并清除寄存计数基数TCB，即CW＝0，TCB＝0；

步骤S504：执行程序A，并输出非同步马达触发信号ASTR；

步骤S506：将寄存计数基数TCB加1，即TCB＝TCB+1；

步骤S508：比较寄存计数基数TCB是否等于计数基数CB值，若等于则跳至状态四控制步骤，否则跳至步骤S504。

图6显示扫描器在回溯控制启动后的后退定速状态(状态四)，本发明控制系统的控制流程图。其各步骤的说明如下：

步骤S602：将正转特征位设定为0，并将寄存计数TC设定为马达定速间隔MCSI，即CW＝0，TC＝MCSI；

步骤S604：执行程序A，并输出非同步马达触发信号ASTR；

步骤S606：将寄存计数TC减1，即TC＝TC-1；

步骤S608：比较寄存计数TC是否为0，若为0，跳至状态五控制步骤，否则跳至步骤S604。

图7显示扫描器在回溯控制启动后的后退减速状态(状态五)，本发明控制系统的控制流程图。其各步骤的说明如下：

步骤S702：将正转特征位设定为0，并将寄存计数基数TCB设定为计数基数CB值，即CW＝0，TCB＝0；

步骤S704：执行程序A，并输出非同步马达触发信号ASTR；

步骤S706：将寄存计数基数TCB减1，即TCB＝TCB-1；

步骤S708：比较寄存计数基数TCB是否为0，若为0则跳至步骤S710，否则跳至步骤S704；

步骤S710：检测扫描器的存储器缓冲器是否可继续存储数据，是则跳至状态六控制步骤。

图8显示扫描器在回溯控制启动后的前进加速状态(状态六)，本发明控制系统的控制流程图。其各步骤的说明如下：

步骤S802：将正转特征位设定为1，并清除寄存计数基数TCB，即CW＝1，TCB＝0；

步骤S804：执行程序A，并输出非同步马达触发信号ASTR；

步骤S806：将寄存计数基数TCB加1，即TCB＝TCB+1；

步骤S808：比较寄存计数基数TCB是否等于计数基数CB值，若等于则跳至状态七控制步骤，否则跳至步骤S804。

图9显示扫描器在回溯控制启动后的后退定速状态(状态七)，本发明控制系统的控制流程图。其各步骤的说明如下：

步骤S902：将正转特征位设定为1，并将寄存计数TC设定为马达定速间隔MCSI，即CW＝1，TC＝MCSI；

步骤S904：执行程序A，并输出非同步马达触发信号ASTR；

步骤S906：将寄存计数基数TC减1，即TC＝TC-1；

步骤S908：比较寄存计数基数TC是否为0，若为0，跳至状态一控制步骤，否则跳至步骤S904。

如上述状态二至状态七的控制流程中，主要是控制寄存计数基数TCB值的变化，通过不同的寄存计数基数TCB值，即可有效控制步进马达的速度。

图10显示马达在回溯控制时，不同的计数基数CB值的停止与启动的加减速度曲线，其中实线的曲线A表示较小的计数基数CB值，而虚线的曲线B表示较大的计数基数CB值。由图示的曲线可清楚了解到，计数基数CB值越大，其停止与启动的时间越长，因此可依据扫描器的设计需求，选择适当的计数基数CB值。表一显示计数基数CB值、解析度以及脉冲计数值PCN的关系表。若扫描器的解析度为2400DPI，且计算出其脉冲计数值PCN为1020，此时计数基数CB值为1。在此场合时，其马达的停止时间与启动时间仅为1个非同步马达触发信号ASTR的周期。若想延长马达的停止时间与启动时间，则可提高计数基数CB值，例如将计数基数CB值增加4倍，在此场合时，其马达的停止时间与启动时间延长为4个非同步马达触发信号ASTR的周期。如表一所示，在将计数基数CB值倍数增加的同时，亦需将脉冲计数值PCN倍数增加。

图11显示子程序A的控制流程。该控制流程是在检测到每个参考频率脉冲时，将基数累加值BA加上寄存计数基数TCB值，即BA＝BA+TCB；并于基数累加值BA大于或等于脉冲计数值PCN时，输出一非同步马达触发信号ASTR。

另外，一般的扫描器均有提供预扫描的功能。在进行此预扫描功能时，由于其解析度较低，例如75DPI，故其移动机架的的速度亦相对提升。但是一般的步骤马达若无有效的加速调整来克服其静摩擦力，将无法达到高速转动。本发明的步进马达控制系统，可通过控制计数基数CB值或脉冲计数值PCN来达到加速调整，使步进马达在短时间内达到高速运转。图12显示此加速调整的流程图。以下说明图12的控制流程：

步骤S1102：利用主机(图未示)将所需的多组脉冲计数值PCN与计数基数CB填入加速控制表；

步骤S1104：载入一组脉冲计数值PCN与计数基数CB，并将基数累加值BA清除为0；

步骤S1106：检测曝光触发信号CVTR是否为High，若为High则跳至步骤S1104，否则执行下一步骤；

步骤S1108：检测是否有参考脉冲R_CLK，若有检测到参考脉冲R_CLK，则执行下一步骤，否则持续检测；

步骤S1110：将基数累加值BA加上计数基数CB值，即BA＝BA+CB；

步骤S1112：比较基数累加值BA是否大于或等于脉冲计数值PCN。若大于或等于脉冲计数值PCN，则跳至步骤S1114，否则跳至步骤S1116；

步骤S1114：送出一非同步马达触发信号ASTR，并清除基数累加值BA，并跳至步骤S1120；

步骤S1116：检测曝光触发信号CVTR是否为有负缘变化，若无则跳至步骤S1120，若有则执行下一步骤；

步骤S1118：送出一同步马达触发信号STR，并清除基数累加值BA，并跳至步骤S1120；

步骤S1120：是否结束控制，若否则跳至步骤S1106，若是则结束。

根据上述控制流程，只要主机填入适当的多组脉冲计数值PCN与计数基数CB至加速表，之后只要在每次检测曝光触发信号CVTR为High时依序载入一组脉冲计数值PCN与计数基数CB，即可确实控制马达的启动。而填入加速表的脉冲计数值PCN与计数基数CB可有不同变化，分别叙述如下：

第一种方式是固定脉冲计数值PCN，调整计数基数CB。即令脉冲计数值PCN固定，而将计数基数CB由小变大依序调整，例如计数基数CB从1调整至32。由于计数基数CB由1开始逐步增加至32，若计数基数CB为1时，其解析度为2400DPI，则当计数基数CB为32时，其解析度为75DPI。故该控制流程结束后，马达即以75DPI的速度持续转动，以进行预扫的快速扫描动作。第二种方式是调整脉冲计数值PCN，固定计数基数CB。即令计数基数CB固定，而将脉冲计数值PCN由大变小依序调整。而第三种方式是同时调整脉冲计数值PCN与计数基数CB。

本发明步进马达控制方法因只需3个控制参数，即可控制扫描器的步进马达的速度，包括正常转动以及高速启动，同时还支援回溯动作，且参数设计简单。由于仅使用3组参数，可节省IC的GATE数。再者，当本发明的步进马达控制方法应用于所谓线速率(line-rate)扫描器时，例如CIS扫描器，仅需将参考频率除以3，或是将脉冲计数值PCN乘以3，并且遮蔽两个CVTR信号，即可适用上述的控制方法。

以上所述仅为一种实施例，并不因此限定本发明的保护范围，只要不脱离本发明的要旨，本领域的技术人员可进行各种变形或变更。

Claims (6)

1.一种扫描器的步进马达的控制方法，是利用脉冲计数值PCN、计数基数CB、以及定速期间MCSI三组参数来控制马达的转动，该控制方法包含下列步骤：

产生同步马达触发信号，即对应于该扫描器的影像检测模块所产生的每个曝光脉冲CVTR产生一同步马达触发信号，并清除一基数累加值；

累计前述基数累加值，即对应于每个参考脉冲，将前述基数累加值加上前述计数基数CB；

产生非同步马达触发信号，即当前述基数累加值大于或等于前述脉冲计数值PCN时，送出一非同步马达触发信号，并清除该基数累加值；以及，

当检测到前述扫描器的存储器缓冲器已满时，启动回溯控制。

2.根据权利要求1所述的扫描器的步进马达的控制方法，其中前述回溯控制包含下列步骤：

初值设定，即将一寄存计数基数TCB设定成前述计数基数CB，并将正转特征位致能；

减速控制，执行子程序A以输出非同步马达触发信号，并将前述寄存计数基数TCB减1，并重复该步骤至该寄存计数基数TCB为0；

反转加速控制，将前述正转特征位取消致能，并执行子程序A以输出非同步马达触发信号，且将前述寄存计数基数TCB加1，并重复该步骤至该寄存计数基数TCB等于计数基数CB；

反转定速控制，执行子程序A以输出非同步马达触发信号，并重复该步骤至前述定速期间MCSI所存储的次数；

反转减速控制，执行子程序A以输出非同步马达触发信号，并将寄存计数基数TCB减1，并重复该步骤该寄存计数基数TCB为0；

正转加速控制，即当收到一启动信号后，将前述正转特征位致能，执行子程序A以输出非同步马达触发信号，并将寄存计数基数TCB加1，并重复该步骤至该寄存计数基数TCB等于计数基数CB；以及，

正转定速控制，执行子程序A以输出非同步马达触发信号，并重复该步骤至前述定速期间MCSI所存储的次数；

其中，前述子程序A包含下列步骤：

累计前述基数累加值，即对应每个参考脉冲，将前述基数累加值加上前述寄存计数基数TCB；以及，

产生非同步马达触发信号，即当前述基数累加值大于或等于前述脉冲计数值PCN时，送出一非同步马达触发信号，并清除该基数累加值。

3.根据权利要求2所述的扫描器的步进马达的控制方法，其中同时将前述脉冲计数值PCN与计数基数CB乘上一整数基数，可调整前述回溯控制时的加速度与减速度。

4.根据权利要求3所述的扫描器的步进马达的控制方法，还包含该加速控制程序，该加速控制程序可应用于该扫描器预扫时的马达启动控制，以及后退时的马达启动控制，该加速控制程序包含：

步骤一：填入多组脉冲计数值PCN与计数基数CB至一加速控制表；

步骤二：从上述加速控制表载入一组脉冲计数值PCN与计数基数CB，并清除基数累加值BA；

步骤三：若检测到曝光脉冲CVTR，则输出前述同步马达触发信号，并载入下一组脉冲计数值PCN与计数基数CB，同时清除基数累加值BA；

步骤四：若检测到参考脉冲时，将前述基数累加值BA加上前述计数基数CB，并于前述基数累加值BA大于或等于前述脉冲计数值PCN时，送出一非同步马达触发信号，并清除该基数累加值；以及，

步骤五：重复步骤三与步骤四至该加速控制程序结束。

5.根据权利要求3所述的扫描器的步进马达的控制方法，其中该控制方法应用于线速率扫描时，是将前述参考脉冲的频率除以3，并且遮蔽两个曝光脉冲CVTR信号。

6.根据权利要求3所述的扫描器的步进马达的控制方法，其中该控制方法应用于线速率扫描时，是将前述脉冲计数值PCN乘以3，并且遮蔽两个曝光脉冲CVTR信号。

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