【正文】 )，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。 .1 步進(jìn)電機(jī)的分類 步進(jìn)電動機(jī)的種類很多，從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)的類型分為機(jī)械式、電磁式和組合式三大類型。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動態(tài)性能較差?；旌鲜脚c傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。由于本設(shè)計的設(shè)計目的更注重整個系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，所以采用 混合 式步進(jìn)電機(jī)。 ③ 步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 步進(jìn)電機(jī)原理及控制 由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專業(yè)設(shè)備 步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器，控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列，環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié) 的脈沖序列按四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的各項輸入端，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計算機(jī)軟件設(shè)計的方法實現(xiàn)環(huán)形分配器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器。本次控制的步進(jìn)電機(jī)為二相四線式，具體的型號為 42BYGHW609。 表 22 八拍工作方式 步數(shù) A A B B 1 1 0 0 0 2 1 0 1 0 3 0 0 1 0 4 0 1 1 0 5 0 1 0 0 6 0 1 0 1 7 0 0 0 1 8 1 0 0 1 第二章 控制模塊設(shè)計及硬件選擇 6 表 23 四拍工作方式 步數(shù) A A B B 1 1 0 1 0 2 0 1 1 0 3 0 1 0 1 4 1 0 0 1 步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制是將其相拍的工作方式改變，就是從最后一步到第一步進(jìn)行工作。但在國內(nèi)，廣大用戶對細(xì)分還不是特別了解，有的只是認(rèn)為，細(xì)分是為了提高精度，其實不然 ，細(xì)分主要是改善電機(jī)的運(yùn)行性能。 注意，國內(nèi)有一些驅(qū)動器采用 “平滑 ”來取代細(xì)分，有的亦稱為細(xì)分，但這不是真正的細(xì)分，所以一定要分清兩者的本質(zhì)不同： 1．平滑并不精確控制電機(jī)的相電流，只是把電流的變化率變緩一些，所以平滑并不產(chǎn)生微步，而細(xì)分的微步是可以用來精確定位的。同時，還可解決步進(jìn)電機(jī)在低速時易出現(xiàn)的低頻振動和運(yùn)行中的噪聲等。如三相步進(jìn)電機(jī)按 A→B→C…… 的順序輪流通 電， 步進(jìn)電機(jī)為 整 步工作。由此可見，步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分原理就是通過等角度有規(guī)律的插入電流合成向量，從而減小合成磁勢轉(zhuǎn)動角度， 達(dá)到步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制的目的。細(xì)分程度越高，階梯波越復(fù)雜。主機(jī)采用 STC89C52 單片機(jī)，其為低功耗的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)有一個 8K 字節(jié)的 Flash可編程、可擦除、只讀存儲器，故可簡化系統(tǒng)構(gòu)成，且可滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲空間的要求。步進(jìn)顯示系統(tǒng)由液晶顯示器顯示當(dāng)前第二章 控制模塊設(shè)計及硬件選擇 8 細(xì)分檔位和細(xì)分后的步進(jìn)角等參數(shù)。 DAC0830 轉(zhuǎn)換分辨率是 8位，該芯片具有與微處理器兼容、價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)。電流合成向量轉(zhuǎn)化的前提是合成向量的插入。為此，該系統(tǒng)采用了循環(huán)增量查表法。循環(huán)增量基數(shù)是在細(xì)分檔位設(shè)定后，由相應(yīng)的計算公式得到。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 表 24 細(xì)分控制中各相電流值變化規(guī)律 各相 A→B B→C C→A A相 高 → 遞減 電流值 =0 增加 → 高 B 相 增 → 加高 高 → 遞減 電流值 =0 C 相 電流值 =0 增加 → 高 高 → 遞減 在表 24 中，每一種保持或變化都是持續(xù) m/2 步，且可看出其良好的循環(huán)性。 在單片機(jī)里使用的芯片是 STC 公司生產(chǎn)的 51 系列的 STC89C52。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 單片機(jī) L297 L298 步進(jìn)電機(jī) 第二章 控制模塊設(shè)計及硬件選擇 10 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個 16 位 定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量2 級中斷結(jié)構(gòu) ），全雙工 串行口 。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)片上集成 512 字節(jié)。工作溫度范圍： 40～ +85℃ （工業(yè)級） /0～ 75℃ （商業(yè)級）。當(dāng)采用外部振蕩器時，對 HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對 SHMOS 單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。 控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/VPD、 ALE/PROG、 PSEN 和 EA/VPP ① RST/VPD（ 9 腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。）內(nèi)， VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。當(dāng) EA 保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 RST/Vpd 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時。 ALE 引腳以不變的頻率（振蕩周期的 1/6）周期性地發(fā)出正脈沖信號。 對于 EPROM 型單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，此引腳接 收編程脈沖（ PROG功能）。 EA／ Vpp EA 為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。 輸入 /輸出（ I/O）引腳 P0、 P P P3（共 32 根） ① P0 口（ 39 腳至 32 腳）：是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，在外接存儲器時，與地址總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 LS 型的 TTL負(fù)載。對 805 8032， 引腳的第二功能為 T2 定時 /計數(shù)器的外部輸入， 引腳的第二功能為 T2EX 捕捉、重裝觸發(fā)，即 T2外部控制端。在對 EPROM 編程和程序驗證期間，它接收高 8 位地址。 作為第一功能使用時，就作為普通 I/O 口用，功能和操作方法與 P1 口相同。以聲卡為例，要實現(xiàn)對模擬信號 或 48kHz 的采樣，頻率發(fā)生器就必須提供一個 或 48kHz 的時鐘頻率。 石英晶體振 蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代 LC 諧振回路的晶體諧振元件。 石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形 等），在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。 時鐘信號用來提供單片機(jī)片內(nèi)的各種微操作的時間基準(zhǔn)，時鐘信號通常用兩種電路形式得到 :內(nèi)部振蕩和外部振蕩。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。該電路在最簡單的復(fù)位電路下增加了手動復(fù)位按鍵，在接通電源 瞬間，電容 C3 上的電壓很小，復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓，即 RST 為高電平，在電容充電的過程中 RST 端電壓逐漸下降，當(dāng) RST 端的電壓小于某一數(shù)值后， CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)，由于電容 C3足夠大，可以保證 RST 高電平有效時間大于 24 個振蕩周期， CPU 能夠可靠復(fù)位。由于 R2R3 因此 RST 為高電平， CPU 處于復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容C3 充電， RST 端電位下降， CPU 脫離復(fù) 位狀態(tài)。 第二章 控制模塊設(shè)計及硬件選擇 16 數(shù)碼管 數(shù)碼管也稱 LED 數(shù)碼管，不同行業(yè)人士對數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實都是同樣的產(chǎn)品。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰和共陽極數(shù)碼管的 內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用 驅(qū)動電路 來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的 數(shù)字 ，因此根據(jù)數(shù)碼管的 驅(qū)動方式 的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是 單片機(jī) 中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有 數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 由于它的價格便宜使用簡單在 電器 特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。五個按鍵分別控制步進(jìn)電機(jī)的啟動、停止、正反轉(zhuǎn)、加速和減速，復(fù)位按鍵是使單片機(jī)程序回到起點(diǎn)。 L297 的相位由內(nèi)部產(chǎn)生，它可以減輕單片機(jī)和程序設(shè)計的負(fù)擔(dān)。變換器由一個三倍計算器加某些組合邏輯電路組成，產(chǎn)生一個基本的八格雷碼 (順序如圖 33 所示 )。 CONTROL 為高電平時，對 A，B， C， D 有抑制作用；為低電平時，則對抑制線 INH1 和 INH2 有抑制作用，從而可對電動機(jī)和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。 2 腳 (GND)——接地端。 4 腳 (A)——A 相驅(qū)動信號。 6 腳 (B)——B 相驅(qū)動信號。 9 腳 (D)——D 相驅(qū)動信號。 11 腳 (CONTROL)——斬波器功能控制端。 14 腳 (SENS1)——A 相、 B 相繞組電流檢測電壓反饋輸入端。一個 RC 網(wǎng)絡(luò)接至此引角以決定斬波器頻率，在多個 L297 同步工作時其中一個接到 RC 網(wǎng)絡(luò)，其余的此引角接地，各個器件的腳 I (SYNC)應(yīng)連接到一起這樣可雜波的引入問題如圖 5 所示。 18 腳 (CLOCK)——步進(jìn)時鐘輸入端。如選擇全步方式時變換器在奇數(shù)狀態(tài)，會得到單相工作方式 (單四拍 )。 3 種方式的驅(qū)動相序都可以很容易的根據(jù)變換器輸出的格雷碼的順序產(chǎn)生。 圖 35 四相八拍模式波形圖 通過交替跳過在八步順序的狀態(tài)就可以得到全步的工作方式。 L298N 可直接對電機(jī)進(jìn)行控制 ，典型應(yīng)用電路如圖 310，不需要需隔離電四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 路。它是以光為媒介來傳輸電 信號 的 器件 ，通常把發(fā)光器（紅外線 發(fā)光二極管 LED）與受光器（光敏半導(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。它對輸入、輸出電信號有良好的 隔離作用 ，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。這就完四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 成了電 —光 —電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。 這次設(shè)計我選擇的光耦型號是 TLP5214，如圖 312。 圖 312 光耦 TLP5214 第 3 章 驅(qū)動 模塊設(shè)計及硬件選擇 32 表 34 光耦的電氣特性 特點(diǎn) 單位 條件 電流傳輸比（最大） CTR IF=5mA VCE=5V Rank A 600 % 電流傳輸比（最?。? CTR IF=5mA VCE=5V Rank A 50 % 隔離電壓 BVS BVS T=60S 2500 Vrms 表 35 光耦的最大額定值 特點(diǎn) 符號 等級 單位 集電極 發(fā)射極電壓（最大） V CEO 55 V 集電極電流 I C 50 mA 工作溫度（最大） T orp 100 攝 氏度 工作溫度（最小值 T orp 55 攝氏度 驅(qū)動模塊的總體設(shè)計 本次設(shè)計的驅(qū)動電路是使用 L297 與 L298 配合設(shè)計的，而且在控制電路與驅(qū)動電路之間加上了一個 TLP5214 的光耦，光耦能夠增加電路的抗干擾性，使電路能。電路之間的信號輸出，使之前端與負(fù)載完全隔離，目的在于增強(qiáng)電路的安全性，減小電壓的干擾，減化電路的設(shè)計。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、 驅(qū)動電路 、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、 脈沖 放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器 (SSR）、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離 元件