【正文】 皮帶傳輸機控制器設(shè)計一、題義分析及解決方案皮帶傳輸機的原理是以電機旋轉(zhuǎn)帶動皮帶運動，多個傳輸皮帶運動要配合進行，以防某條皮帶上貨物堆積，且皮帶傳輸速度要可調(diào)，應用STAR ES598PCI單板開發(fā)機系列接口芯片設(shè)計皮帶傳輸機控制器，以電機運動控制模擬皮帶傳輸機運行控制過程。為了實現(xiàn)課題所要求的功能，本設(shè)計需要解決以下問題：(1)直流電機和步進電機工作的原理是什么；(2)如何計算兩個不同電機的實時轉(zhuǎn)速；(3)利用何種方法解決轉(zhuǎn)速和工作模式的鍵盤輸入和LED燈的顯示問題；(4)如何實現(xiàn)兩種不同電機的轉(zhuǎn)速控制，即通過鍵盤輸入不同的檔位時，二者如何同步運轉(zhuǎn)。1) 硬件部分根據(jù)上面的提議需求分析，以直流電機和步進電機代表兩個皮帶，所以課程設(shè)計中最核心的問題就是完成對兩個電機轉(zhuǎn)速的控制，首先需要解決的問題就是對電機轉(zhuǎn)動的控制，然后是轉(zhuǎn)動的同步控制和控制同步的模式。步進電機跟蹤直流電機時，本實驗采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832利用直接改變初始值法來控制直流電機的轉(zhuǎn)速。具體可描述為：當測得小鍵盤輸入的檔數(shù)時，自動調(diào)整到設(shè)定的轉(zhuǎn)速值，同時利用芯片8255A輸出不同的延時信號來讓步進電機改變其轉(zhuǎn)速達到與直流電機的轉(zhuǎn)速相同。反之，當直流電機跟蹤步進電機時，也是采用同樣的道理，只不過兩個電機的主次角色顛倒一下。為了演示成果比較明顯，此處可增加一功能放大電路LM424N（實驗板上的E2區(qū)）。最后是關(guān)于兩個電機的工作模式、轉(zhuǎn)速檔數(shù)和當前轉(zhuǎn)速用何種器件打入內(nèi)存并顯示的問題，在此本人選擇4*4小鍵盤輸入設(shè)置檔數(shù)和工作模式并通過LED予以顯示。由于選擇了小鍵盤，與其配套使用的鍵盤接口器件8279也將必不可少。表11 硬件清單 下面是直流電機和步進電機的示意圖及介紹： 都會增加一些極，以增加電機每轉(zhuǎn)的步數(shù)，換句話說，就是使電機的基本（整步）步矩角更小，典型的PM進電機有12對極，即定子每相有12對極?；旌鲜讲竭M電機有一個帶齒的轉(zhuǎn)子，他的轉(zhuǎn)子鐵芯被分為兩部分，由永久磁鋼隔開，使一半的齒成為S極，而另外的一半為N極。而轉(zhuǎn)子的極對數(shù)就等于任何一半轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。為了形成更多數(shù)目的等效極數(shù)，混合式步進電機的定子極上也有齒。（對于小極距，等效極數(shù) = 360℃/齒距）區(qū)別于等效極的是，基本的極上是繞有繞組的。一般來講，176。電機，176。176。電機。四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。圖23是該四相反應式步進電機工作原理示意圖。 開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖24a、b、c所示：a. 單四拍 b. 雙四拍 c八拍 圖13 步進電機工作時序波形圖 2) 軟件部分轉(zhuǎn)速測量原理： 圖a 強反射 圖b 弱反射 圖c 轉(zhuǎn)盤圖14 轉(zhuǎn)速測量原理圖本轉(zhuǎn)速測量實驗采用反射式光電開關(guān)，通過計數(shù)轉(zhuǎn)盤通斷光電開關(guān)產(chǎn)生的脈沖，計算出轉(zhuǎn)速。(1) 反射式光開關(guān)工作原理：光電開關(guān)發(fā)射光，射到測量物體上，如果強反射，如圖a，光電開關(guān)接收到反射回來的光，則產(chǎn)生高電平1；弱反射，如圖b，光電開關(guān)接收不到反射回來的光，則產(chǎn)生弱電平0。(2) 實驗方法：本實驗轉(zhuǎn)速測量用的轉(zhuǎn)盤在下表面做成如圖c樣子的轉(zhuǎn)盤，白部分為強反射區(qū)，黑部分為弱反射區(qū)，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生4個脈沖，每1/4秒計數(shù)出脈沖數(shù)，即得到每秒的轉(zhuǎn)速。(演示程序中，LED顯示的是每秒鐘轉(zhuǎn)速)二、硬件設(shè)計 1）芯片8255A在本設(shè)計中的作用芯片8255A通過接收總線傳送來的數(shù)據(jù)，從C口輸出狀態(tài)來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。2）芯片8255A的功能分析a)8255引腳圖：8255是可編程并行接口，內(nèi)部有3個相互獨立的8位數(shù)據(jù)端口，即A口、Ｂ口和Ｃ口。三個端口都可以作為輸入端口或輸出端口。Ａ口有三種工作方式：即方式０、方式１和方式２，而Ｂ口只能工作在方式０或方式１下，而Ｃ口通常作為聯(lián)絡(luò)信號使用。8255的工作只有當片選CS有效時才能進行。而控制邏輯端口實現(xiàn)對其他端口的控制。b)CPU接口（數(shù)據(jù)總線緩沖器和讀/寫控制邏輯）數(shù)據(jù)總線緩沖器:這是一個8位雙向三態(tài)緩沖器，三態(tài)是由讀/寫控制邏輯控制的。這個緩沖器是8255A與CPU數(shù)據(jù)總線的接口。所有數(shù)據(jù)的輸入/輸出，以及CPU用輸出指令向8255A發(fā)出的控制字和用輸入指令從8255A讀入的外設(shè)狀態(tài)信息，都是通過這個緩沖器傳遞的。讀/寫控制邏輯:它與CPU的6根控制線相連，控制8255A內(nèi)部的各種操作。控制線RESET用來使8255A復位。和地址線A1及A0用于芯片選擇和通道尋址。控制線和用來決定8位內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線上信息傳送的方向，即控制把CPU的控制命令或輸出的數(shù)據(jù)送到相應的通道，或把狀態(tài)信息或輸入數(shù)據(jù)送到CPU。8255A的讀/寫控制邏輯的作用，是從CPU的地址和控制總線上接受輸入的信號，轉(zhuǎn)變成各種命令送到A組或B組控制電路進行相應的操作。c) 8255A的引腳信號與外設(shè)相連的PA7~PA0：A口數(shù)據(jù)信號線。PB7~PB0：B口數(shù)據(jù)信號線。PC7~PC0：C口數(shù)據(jù)信號線。與CPU相連的RESET：復位信號。當此信號來時，所有寄存器都被清除。同時三個數(shù)據(jù)端口被自動置為輸入端口。D7~D0：它們是8255A的數(shù)據(jù)線和系統(tǒng)總線相連。CS:片選信號。在系統(tǒng)中，一般根據(jù)全部接口芯片來分配若于低位地址（比如AAA3）組成各種芯片選擇碼，當這幾位地址組成某一個低電平，于8255A被選中。只有當有效時，讀信號寫才對8255進行讀寫。RD：讀信號。當此信號有效時，CPU可從8255A中讀取數(shù)據(jù)。WR：寫信號。當此信號有效時，CPU可向8255A中寫入數(shù)據(jù)。AA0：端口選擇信號。8255A內(nèi)部有3個數(shù)據(jù)端口和1個控制端口，共4個端口。規(guī)定當AA0：為00時，選中A端口；為01時，選中B端口；為10時，選中C端口；為11時，選中控制口。8255的基本操作如下表21所示： 表21 8255的基本操作 標識符 最小 最大 測試條件 輸入低電平（VIL） 輸入高電平（VIH） 5V IOL= IOL= 輸出低電平（VOL）DB 輸出低電平（VOL）PER輸出高電平（VOH）DB輸出高電平（VOH）PER驅(qū)動電流 A 2．4V IOH=400μA 2．4V IOH=200μA =750Ω VEXT=3）芯片8255A的技術(shù)參數(shù)如下表22所示： 供應電流IIL(INPUTCURRENT LOAD 1 20 mA 177。10μA VIN=0V~5VI OFL(Output float leakage 177。10μA VOUT=~5V表 22 8255A的技術(shù)參數(shù)其中PER為peripheral port的縮寫,輸入最低電壓：min ,max V，輸入最高電壓： V。輸出最低電壓： V，輸出最高電壓： V。 8255A的方式控制字如圖21所示： 圖21 8255A的方式控制字方式0的工作特點這種方式通常不用聯(lián)絡(luò)信號，不使用中斷，三個通道中的每一個都有可以由程序選定作為輸入或輸出。其功能為：①兩個8位通道：通道A、B。兩個四位通道：通道C高4位和低四位； ②任何一個通道可以作輸入/輸出；③輸出是鎖存的；④輸入是不鎖存的；⑤在方式0時各個通道的輸入/輸出可有16種不同的組合。置位/控制字如圖22所示： 圖22置位/控制字1）芯片ULN2003A在本設(shè)計中的作用