【正文】 產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制器，它能產(chǎn)生 4相控制信號(hào)，可用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機(jī)，能夠用單四拍、雙四拍、四相八 拍方式控制步進(jìn)電機(jī)。 MAX232 的電容C301, C302， C303， C304,及 V+， V是電源變換電路部分。 單片機(jī) :一片 AT89S51/52 或其他 51 系列兼容單片機(jī)特別注意 :對(duì)于 31 腳 (EA/Vpp),當(dāng)接高電平時(shí) ,單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行 。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 說明 復(fù)位電路 :此處用 RC 諧振電路構(gòu)成上電復(fù)位電路。在第二、三個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。當(dāng) ADC0832 未工作時(shí)其CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。利用單片機(jī)的并行 I/O 口的部分引腳（ ~）連接驅(qū)動(dòng)芯片，各個(gè)端口直接與驅(qū)動(dòng)芯片 L297 直接相連， L297 與 L298N 共用一個(gè) +5V 的電源，輸出 +36V 的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓； L298N 的 1 14 四個(gè)輸出引腳直接與四相四拍的步進(jìn)電機(jī)相連。 L297的特性是只需要時(shí)鐘、方向和模式輸入信號(hào)。 經(jīng)比較，我們選擇方案二，用兩組 9V 電池組串聯(lián)給步進(jìn)電機(jī)供電，其中一組經(jīng)LM6210 轉(zhuǎn)換后給控制器、傳感器等模塊使用。將脈寬變化值線性到要求的時(shí)間內(nèi)，一點(diǎn)一點(diǎn)的增加脈寬值，就可以控制舵機(jī)的速度。傾斜度在 20176。 方案三 ：選用金屬齒輪微型舵機(jī)調(diào)整桌面的傾斜 舵機(jī)具有以下一些特點(diǎn)： 1) 體積緊湊，便于安裝； 2) 輸出力矩大，穩(wěn)定性好； 3) 控制簡單，便于和數(shù)字系統(tǒng)接口，用單片機(jī)來控制。步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。 在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，考慮到接口、安裝方便等因素 ,我們選擇了方案三。C，絕緣電壓 750V，電氣角度 90176。% （ 177。額定功率 2W（ 70176。我們歸類了以下幾個(gè)方案： 方案一 ：采用 北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司生產(chǎn)的 GC03SP20xx，機(jī)械角度： 360176。 52 單片 機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛，但是功能單一，如果系統(tǒng)需要增加語音播報(bào)功能，還需外接語音芯片，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜；另外 52 單片機(jī)需要仿真器來實(shí)現(xiàn)軟硬件調(diào)試。在熟悉好各芯片的性能特點(diǎn)后，接下來就是分配好各芯片的控制任務(wù) 。由于步進(jìn)電機(jī)具有快速啟動(dòng)、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，因而在數(shù)控 機(jī)床，繪圖儀，打印機(jī)以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測(cè)試結(jié)果分析。 整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。本設(shè)計(jì)針對(duì)目前各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)化的需要，采用 STC89C51單片機(jī)與 L297， L298N驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)獨(dú)立工作，將它應(yīng)用于各種復(fù)雜的控制領(lǐng)域，能使許多半自動(dòng)控制的系統(tǒng)完全成為真正的全自動(dòng)，特別是用在機(jī)器人等領(lǐng)域，能極大的提高生產(chǎn)力和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 （二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架 本設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)能能控制步進(jìn)電機(jī)的起 /停、轉(zhuǎn)向、加 /減速和位置控制。 二、控制器模塊 方案一 ：采用 ATMEL 公司的 STC89C52RC。 根據(jù)本題的要求，我們選擇第一種方案 三、角度檢測(cè)模塊 角度檢測(cè)模塊在這個(gè)系統(tǒng)中起到了絕對(duì)重要的作用，由于 單擺的過程中角度的變化以及變化的速度都是不同的，為了讓步進(jìn)電機(jī)跟隨單擺而不停的改變平板的角度實(shí)現(xiàn)平板與水平面齊平。%。輸出信號(hào) 420 mA （另有 05V/010V 輸出可選），工作電壓 1224V DC，線性度 177。C） ，溫度系數(shù) 400ppm/176。 方案三 ：采用自己制作的由一個(gè) 47KΩ 的電位器加一個(gè)電壓跟隨器，型號(hào) OP177和 ADC0832 組合單擺的軸承，通過電壓的改變來確定單擺擺過平衡位置的角度。 在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降。但偏心輪的缺點(diǎn)是不善于傳遞動(dòng)力。題 目中對(duì)于角度精度的要求是 3176。舵機(jī)的速度決定于給予它的信號(hào)脈寬的變化速度。 方案二 ：電池組供電，可提供 800mAh 電流，重量很輕。 下 圖為 L297和 L298組成的控制驅(qū)動(dòng)器的線路圖。 系統(tǒng)的總電路設(shè)計(jì)如下圖所示，此電路由 STC89C5 L29 L298N、 4 相 4 拍步進(jìn)電機(jī)器以及相關(guān)的電路組成。但由于 DO 端與 DI 端在通信時(shí)并未同時(shí)使用并與單片機(jī)的接口是雙 向的，所以在I/O 口資源緊張時(shí)可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 五、單片機(jī)最小系統(tǒng) （一）單片機(jī)主模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng) ,或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng) .對(duì) 51 系列單片機(jī)來說 ,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :單片機(jī)、 電源、 晶振電路、復(fù)位電路 .下面給出一個(gè) 51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電 路圖。該電容選擇 30pF。所以，采用此芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V 電源就可以了。 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)從 PC 機(jī)串口座的第 3 腳 TXD 端發(fā)出數(shù)據(jù)，再逆向流向單片機(jī)的 RXD 端 接收數(shù)據(jù)。 L297的芯片引腳 特別緊湊，采用雙列直插 20腳塑封封裝，其 引腳 見 下 圖。為了獲得電動(dòng)機(jī)良好的速度和轉(zhuǎn)矩特性，相序信號(hào)是通過 2個(gè) PWM 斬波器控制電動(dòng)波器包含有一個(gè)比較器、一個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)外部檢測(cè)電阻，晶片內(nèi)部的通用振蕩器提供斬波頻率脈 沖。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè) H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的電機(jī)。 Vss 電壓要求輸入最小電壓為 ，最大可達(dá) 36V； Vs 電壓最大值也是 36V，但經(jīng)過我的實(shí)驗(yàn)， Vs 電壓應(yīng)該比 Vss 電壓高，否則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。引腳 5， 7， 10， 12 為單片機(jī)輸入到 L298N 芯片的輸入引腳。 L298N 是內(nèi)含二個(gè) H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng) 46v,2A 以下電機(jī) ,1 和 15 腳可單獨(dú)引出接電流采樣電阻器 ,形成電流傳感信號(hào) .接錯(cuò)無法控制電機(jī) .引腳 8 為芯片的接地引腳，它與 L298N 芯片的散熱片連接在一起。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。 雙通道 A/D轉(zhuǎn)換； 一般功耗僅為 15mW； 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 ?40176。 對(duì)于本系統(tǒng)，軟件更為重要。 為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 二、任務(wù)流程圖和模塊框圖 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第五章 系統(tǒng)功能和調(diào)試 一、測(cè)試方法與儀器 （一）測(cè)試儀器 測(cè)試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、精度米尺，直流穩(wěn)壓電源等。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 第六章 總結(jié) 本設(shè)計(jì)首先分析了 STC89C51單片機(jī)、 L29 L298N驅(qū)動(dòng)電路以及步進(jìn)電機(jī)的基本原理和特點(diǎn)，其次逐步分析各自的連接原理及步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)啟停、加速、轉(zhuǎn)向、位置控制的方案，接著綜合性地闡述整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及