【正文】 圖 步進電機一線繞組的開關回路 開關回路時間常數(shù) Tj 對注入電機繞組的電流達到穩(wěn)定值的時間有極大關系，它影響到步進電機的工作頻率。步進電機一相繞組的開關電路如圖 。拍數(shù)本質上也就是轉動一個齒距所需的電源電壓換相次數(shù)，值得指出的是換相 是指對步進電機各相繞組進行轉換，而電源電壓是單極性的固定的。 步進電機的頻率特性曲線和很多因素有關，這些因素包括步進電機的轉子直徑、轉子鐵心有效長、 .控制線路的電壓、齒數(shù)、齒形、齒槽比、步進電機內部的磁路、繞組的繞線方式、定轉子間的氣隙、轉動一個齒距所需的拍數(shù)等。步進電機對繞組的通電頻率有一定的要求。三拍就是在轉動一個齒距時換相三次；六拍則是換相六次。通電一周的周期越短，即驅動頻率越高，則電機轉速越快，但步進電機的轉速也不可能太快，因為它每走一步需要一定的時間，若信號頻率過高，可能導致電機失步，甚至只在原步顫動。勵磁順序： A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 步進電動機的負載轉矩與速度成反比，速度愈快負載轉矩愈小，當速度快至其極限時，步進電動機即不再運轉。 C、 12 相勵磁法：為 1 相與 2 相輪流交替導通。 第 18 頁 B、 2 相勵磁法：在每一瞬間會有二個線圈同時導通。 分述如下： A、 1 相勵磁法：在每一瞬間只有一個線圈導通。二、步進電動機的勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全步勵磁又有 1相勵磁及 2 相勵磁之分，而半步勵磁又稱 12 相勵磁。它在工業(yè)過程控制中得到廣泛的應用，尤其在智能儀表和需要精確定位的場合應用更為廣泛。 V+2C 1 +1C 1 3C 2 +4C 2 5V6T 2 I N7R 2 O U T8V C C16G N D15T 1 O U T14R 1 I N13R 1 O U T12T 1 I N11T 2 O U T10R 2 I N9S?M A X 2 3 2C60 .1C70 .1C80 .1C50 .1V C C162738495J?D B 9 圖 RS232C接口電路 第 17 頁 4 電機與電氣控制電路設計 步進電機模塊 步進電動機是一種將電脈沖信號轉換成相應角位移或線位移的電動機，它的運行需要專門的驅動電源，驅動電源的輸出受外部的脈沖信號控制。 本設計采用 MAX232芯片實現(xiàn)單片機和上位機之間電平的轉換，而且該芯片本身對電流具有一定的泵升的作用，因此廣泛應用于串行通信中。不同于傳統(tǒng)的 TTL 等數(shù)字電路的邏輯電平， RS232C的邏輯電平以公共地為對稱，其邏輯“ 0”電平規(guī)定在 +3V+25V之間，邏輯“ 1”電平規(guī)定在 3V— 25V 之間，因此需要使用正負極性的雙電源供電。 RS232C的推薦最大電纜長度為 15m，實際通信中可以以降低通信速率為代價適當延長通信距離。 P3 口： 8 位準雙向 I/O 口，雙功能復用口，可驅動 4 個 LS 型 TTL 負載。在對 Flash閃速存儲器編程時，該引腳加上 +12V或是 +5V的編程允許電源。在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。當單片機訪問外部存儲器時， ALE輸出信號的負跳沿用于單片機發(fā)出的低 8位地址經外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。當單片機運行時，在此引腳上加上持續(xù)時間大于兩個機器周期的高電平時，就可以完成復位工作。 XTAL1（ 18 引腳）：接外部晶體的另一端，在該引腳的內部接至內部反向放大器的輸出端。 (2)時鐘引腳： 2個時鐘引腳 XTAL XTAL2外接晶體與片內的反向放大器 構成了一個晶體振蕩器，它為單片機提供了時鐘控制信號?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 R1 R2H O N G W A I2 47 4A H C 1 G 141 2A7 40 4+ 5V 圖 光電耦合電路 芯片介紹 設計所使用的單片機 AT89C52是美國 ATMEL公司生產的低電壓，高性能 COMS8位單片機，如圖 。工作臺工作時的指示燈則由 P14P17和 T0、 T1控制，分別用于提示操作人員工作臺是在哪個坐標上朝哪個方向運動。在整個單片機控制系統(tǒng)中， CPU 既是運算處理中心，又是控制中心，是控制系統(tǒng)最關鍵的器件。單片機可以在任何時候讀取按鍵代碼，但一般在 CH452檢測到有效按鍵而產生鍵盤中斷時讀取按鍵代碼，此時按鍵代碼的位 6總是 1，另外，如果需要了解按鍵何時釋放，單片機可以通過查詢方式定期讀取按鍵代碼，直到按鍵代碼的位 6為 0。如果 CH452檢測到有效的按鍵，則記錄下該按鍵代碼，并通過 4 線串行接口中的 DOUT引腳或者 2 線串行接口中的 INT引腳產生低電平有效的鍵盤中斷（當 INTM為 1 時輸出低電平脈沖中斷，參考 節(jié)和 說明），此時單片機可以通過串行接口讀取按鍵代碼；在沒有檢測到新的有效按鍵之前， CH452 不再產生任何鍵盤中斷。在鍵盤掃描期間， DIG7～ DIG0 引腳用于列掃描輸出， SEG7～ SEG0 引腳都帶有內部下拉電阻，用于行掃描輸入。 BCD 譯碼方式是指對數(shù)據(jù)寄存器中字數(shù)據(jù)的位 4～位 0進行 BCD譯碼，控制段驅動引腳 SEG6～ SEG0的輸出，對應于數(shù)碼管的段 G～段 A，同時用字數(shù)據(jù)的位 7 控制段驅動引腳 SEG7 的輸出，對應于數(shù)碼管的小數(shù)點，字數(shù)據(jù)的位 6和位 5不影響 BCD譯碼。 CH452默認情況下工作于不譯碼方式，此時 8個數(shù)據(jù)寄存器中字數(shù)據(jù)的位 7～位 0分別對應 8 個數(shù)碼管的小數(shù)點和段 G～段 A，對于發(fā)光二極管陣列，則每個字數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)位唯一地對應一個發(fā)光二級管。 CH452支持數(shù)據(jù)寄存器中的字數(shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)，并且支持各數(shù)碼管的獨立閃爍控制，在字數(shù)據(jù)左右移動或者左右循環(huán)移動的過程中，閃爍控制的屬性不會隨數(shù)據(jù)移動。 CH452內部具有電流驅動級，可以直接驅動 1 英寸的共陰數(shù)碼管，段驅動引腳 SEG6～ SEG0 分別對應數(shù)碼管的段 G～段 A，段驅動引腳 SEG7 對應數(shù)碼管的小數(shù)點，字驅動引腳 DIG7～ DIG0分別連接 8 個數(shù)碼管的陰極； CH452 也可以連接 8 8矩陣的發(fā)光二級管 LED陣列或者 64 個獨立發(fā)光管或者 64級光柱； CH452可以改變字驅動輸出極性以便直接驅動共陽數(shù)碼管（不譯碼方式），或者通過外接反相驅動器支持共陽數(shù)碼管，或者外接大功率管支持大尺寸的數(shù)碼管。 ? 支持低功耗睡眠，節(jié)約電能，可以被按鍵喚醒或者被命令操作喚醒。 ? 2 線串行接口：支持兩個 CH452 芯片并聯(lián)（由 ADDR 引腳電平設定各自地址）。 ? 支持按鍵喚醒，處于低功耗節(jié)電狀態(tài)中的 CH452 可以被部分按鍵喚醒。 （ 2） 鍵盤控制 ? 內置 64 鍵鍵盤控制器，基于 8 8 矩陣鍵盤掃描。 ? 任意段位尋址，獨立控制各個 LED 或者各數(shù)碼管的各個段的亮與滅。 ? 可選數(shù)碼管的段與數(shù)據(jù)位相對應的不譯碼方式或者 BCD 譯碼方式。 第 6 頁 芯片 CH452介紹 CH452是數(shù)碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制芯片。同樣，在下一時刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應的字符，而其他各位則是熄滅的。 圖 所示為一來個八位 LED 動態(tài)顯示電路。設計采用單片機對系統(tǒng)進行控制，單片機的包括鍵盤與顯示的控制、與 PC機的串口通訊、以及電機輸入輸入輸出信號的控制。 本設計完成了如下要求： （ 1）單片機控制系統(tǒng)電路原理圖的設計 （ 2）控制系統(tǒng)電路印制版的繪制 （ 3）利用單片機編程實現(xiàn)兩坐標系統(tǒng)的手動、自動和回位等運動 （ 4）實現(xiàn)兩坐標工作臺極限移動的保護及 顯示、報警 （ 5）設計交流電機的點動、正反轉控制和星 三角形啟動的電氣控制原理圖 （ 6）電氣控制電路有相應的保護電路（過載、過壓、欠壓等） （ 7）熟悉機電系統(tǒng)常用元器件（ PLC、交流電機、直流電機、步進電機） 此次 “機電一體化課程設計”主要簡單設計出數(shù)控機床系統(tǒng)，其實離實際真正工業(yè)用數(shù)控機床還有很大的距離。因此將專用機床設計成微機數(shù)控機床 已成為機床設計的發(fā)展方向之一。機電一體化使機械工業(yè)的技術結構、產品結構、功 能與構成、生產方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產由“機械電氣化”邁入了以“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。設計的總體思路是準確安全的對工作臺和電機進行控制。其硬件部分共包括鍵盤操作、單片機控制、輸入電路、控制電路、 顯示電路等五個主要組成部分。 1 前言 機電一體化是以機械技術和電子技術為主題，多門技術學科相互滲透、相互結合的產物，是正在發(fā)展和逐漸完善的一門新興的邊緣學科。此外，由于微型計算機具有價格低、體積小、性能可靠和使用靈活等特點，微機數(shù)控機床的一次性投資比全功能數(shù)控機床節(jié)省得多，且又便于一般工人掌握操作和維修。它的運行速度和步距不受電源電壓波動及負載的影響，因而被廣泛應用于數(shù)模轉換、速度控制和位置控制系統(tǒng)。 第 4 頁 2 總體方案設計 總體分析 本次設計實現(xiàn)的是一兩座標步進電機驅動運動工作臺控制系統(tǒng)的設計。 三相交流 單片機 H D 727 9 A 4*8 鍵盤 8L E D 顯示 串行通信 光電隔離 光電隔離 功率接口 功率接口 步進電機 X 步進電機 Y 行程開關 工作臺 至上位即 繼電器控制 圖 總體方案設計圖 第 5 頁 3 單元模塊設計 鍵盤與顯示模塊 模塊工作原理 本單元模塊電路的功能是通過對單片機編程，使當前按鍵信息在 8個 LED上顯示出來，由芯片 CH452來對數(shù)碼管進行驅動，并對鍵盤進行掃描 。這樣，在同一時刻， 8 位 LED 中只有選通的那一位顯示出字符，而另一位則是熄滅的。 S E G 015S E G 116S E G 217S E G 318S E G 419S E G 520S E G 621S E G 722D I G 01D I G 12D I G 23D I G 34D I G 45D I G 56D I G 67D I G 78V C C23A D D R25H 3L 214G N D9G N D10R S T12I N T24S C L27S D A26C H 4 52R 6620 0C222 0C10. 1V C CK0K88 1N 40 018 2K 圖 顯示單元模塊電路圖 鍵盤的掃描原理與數(shù)碼管的掃描顯示原理類似，依次將矩陣鍵盤的某行或某列置一，再逐個判斷改行或該列上