【正文】 片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 EA=1。//電機(jī)速度控制變量 /**************函數(shù)體 ******************************************/ void delay(unsigned int k) { unsigned int i,j。//右電機(jī)使能控制位 sbit cw_right= P1^4。讓我對單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)有了更深的認(rèn)識(shí)，并將其緊密結(jié)合在一起，鍛煉了自己獨(dú)立處理問題的能力，學(xué)習(xí)要一絲不茍 ，要以積極的態(tài)度對待問題，不能有僥幸心理，一但遇到問題，必須嚴(yán)謹(jǐn)對待，所以我學(xué)到了課本上沒有的知識(shí)。具體 具體程序見附錄Ⅰ。 n=n+1。 } else { cw_left=0。 在下載完程序之后，單片機(jī)就可以按設(shè)想運(yùn)行了。此外考慮到防止 USB 口短路問題，串入 R24，從而保護(hù) USB 口 [19]。 USB 轉(zhuǎn)串口模塊全稱為 USB to Serial port Module，它可以將 USB 接口虛擬成一個(gè)串口，解決無串口的苦惱 [18]。設(shè)高電平為 1，低電平為 0。在本設(shè)計(jì)中用到的是反射式檢測。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。 out out out3 與 out4 分別是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的四個(gè)輸出口，為了步進(jìn)電機(jī)能按要求轉(zhuǎn)動(dòng)，這四個(gè)輸出口因該按順序與步進(jìn)電機(jī)的四條引線相連。一般的控制芯片起到控制作用，但是驅(qū)動(dòng)能力不強(qiáng)，而電機(jī)（不單是步進(jìn)電機(jī)）所需要的電流一般比較大，控制芯片的 IO 口不能提供大電流，所以一般不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)的加速旋轉(zhuǎn)與減速旋轉(zhuǎn)也可以又各相定子通斷電的頻率改變 [12]。 5．沒有轉(zhuǎn)向器等機(jī)械部分，不需要保養(yǎng)，故造價(jià)較低。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。 單片機(jī)需要 5V 的穩(wěn)定電壓，故選擇 AMS1117 的芯片經(jīng)行降壓，芯片的 1 管腳接電池的正極， 2 管腳接單片機(jī)的 VCC 端， 3 管腳與電池的負(fù)極與單片機(jī) GND 相連并接基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 地。但眾所周知，電池在放電 過程中 ,電壓會(huì)隨著時(shí)間減小 ,運(yùn)行過程中電壓會(huì)漸漸達(dá)不到要求 ,而充滿電時(shí)電壓又 過高 ,如圖 35 所示，而單片機(jī)的工作電壓最好為 5V，如果不進(jìn)行降壓穩(wěn)壓處理，會(huì)對單片機(jī)造成損害 ,故要在電源與單片機(jī)之間加穩(wěn)壓芯片。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是讓單片機(jī)能正常工作并發(fā)揮其功能時(shí)所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng) [7]。 （ 3）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù) 據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī) 智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、 再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無線電對講機(jī)等。 （ 3）便于擴(kuò)展 :片內(nèi)具有 計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件，片外有很多供擴(kuò)展用的 (總線 ,并行和串行的輸入 /輸出 )管腳，很容易組成一定規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。許多專用功能芯片的內(nèi)核集成了 51 單片機(jī)，與 51 系列單片機(jī)兼容的微控制器以 IP 核的方式不斷地出現(xiàn)在 FPGA 的片上系統(tǒng)中。單片機(jī)作為總控制芯片要有穩(wěn)定合適的電壓輸入，所以在單片機(jī)與電源之間要接穩(wěn)壓電路。為了實(shí)現(xiàn)任務(wù)， 還需 設(shè)計(jì)一些為系統(tǒng)服務(wù)的模塊。目前打字機(jī)、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、傳真機(jī)等設(shè)備都使用了步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的輸入信號為脈沖電流 ， 它能將輸入的脈沖信號轉(zhuǎn)換為階躍型的角位移或直線位移 ， 因而步進(jìn)電機(jī)可看作是一個(gè)串行的數(shù) /模轉(zhuǎn)換器。并在小車上 增加一些傳感器模塊，使單片機(jī)正常驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)小車執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)的同時(shí)，根據(jù)傳感器模塊的反饋，不斷修正，直到任務(wù) 實(shí)現(xiàn)小車循跡與避障功能。 至此來證明所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路的可行性。由于步進(jìn)電機(jī)能夠直接接受數(shù)字信號 ， 而不需數(shù) /模轉(zhuǎn)換 ， 所以使用微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)顯得非常方便 [1]。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ，步進(jìn)電機(jī)必將發(fā)揮它的控制方便、控制準(zhǔn)確的特點(diǎn) ， 在工業(yè)控制等領(lǐng)域取得更為廣泛的應(yīng)用 [2]。 系統(tǒng)框圖 本系統(tǒng)單片機(jī)電路部分由供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路與 I/O 電路部分組成，再由單片機(jī)控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)循跡功能與避障功能。另外，為了能更方便的讓計(jì)算機(jī)與單片機(jī)通信，還要設(shè)計(jì)一種上位機(jī)軟件。近年來，基于51 單片機(jī)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)與推廣，表明了 51 系列單片機(jī)在今后的許多年中依然會(huì)活躍如故，而且在很長一段時(shí)間中將占據(jù)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的低端市場。 （ 4）控制功能強(qiáng) :具有豐富的控制指令 :如條件分支轉(zhuǎn)移指令， I/O 口的邏輯操作指令，位處理指令。 （ 4）單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超 聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。對 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)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、輸入 /輸出設(shè)備等。 圖 35 電池電壓與電量的關(guān)系 本設(shè)計(jì)中采用常見的 AMS1117 作為單片機(jī)的穩(wěn)壓芯片，它的概述如下： AMS1117 系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供 1A 輸出電流且工作壓差可低至 1V。在工作時(shí)單片機(jī)的 VCC 端有 5V 的電壓，所以電路圖中的發(fā)光二極管會(huì)導(dǎo)通并發(fā)亮，指示電路正在工作狀態(tài)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。 6．即使沒有傳感器，也能精確定位。 步進(jìn)電機(jī) 選用 步進(jìn)電機(jī)是以脈沖信號依次使定子激勵(lì) ,以數(shù)字電壓輸入來控制轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 L298n 是驅(qū)動(dòng)芯片，可以將控制芯片的輸出轉(zhuǎn)換成較高的電壓和能夠輸出較大的電流。 單片機(jī)輸出對應(yīng)驅(qū)動(dòng)器輸入驅(qū)動(dòng)器輸出如表 31，表 32 所示。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號 [16]。 反射式光電傳感器的發(fā)射頭和接收頭安裝于同一側(cè) , 正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光源被反光板反射回來再被收 光器收到；一旦被檢測物擋住光路，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號。 第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 圖 310 光電傳感器位置圖 避障功能 避障功能是步進(jìn)電機(jī)小車在行進(jìn)的過程中自動(dòng)躲避障礙并前行的功能，實(shí)現(xiàn)避障功能要用到紅外傳感器。如果要設(shè)計(jì)這樣一種電路，通過比較，在滿足下載需求、價(jià)格合理的情況下，最為適中的就是 PL2303。如圖 312 所示 。 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 19 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 電機(jī)控制流程圖 電機(jī)旋轉(zhuǎn)受使能控制位 en、方向控制位 cw 控制 [20]，如圖 41 所示。 } if(en==1) { en_left=1。 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 if(n==speed) { clk_left=~clk_left。 小車在遇到障礙時(shí)設(shè)置了轉(zhuǎn)彎的避障方式。對機(jī)電這個(gè)專業(yè)有了更深一步的理解 ,但這只是很小一方面罷了 ,今后要繼續(xù)學(xué)習(xí)。//右電機(jī)方向控制位 sbit clk_right= P1^5。 for(i=0。 TH1=(65536100)/256。 } } void move_right(uint speed_r,uchar cw,uchar en) { //speed_r 速度控制變量 cw 方向控制變量 en 使能控制變量 speed=speed_r。 move_right(10,1,1)。//左電機(jī)使能控制位 sbit cw_left= P1^1。 //定時(shí)器 1 初始化函數(shù) void move_left(uint speed_l,uchar cw,uchar en)。i++) { for(j=0。 TR1=1。 //所以實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中應(yīng)調(diào)節(jié)到速度可力矩比較合適的數(shù)值 } //應(yīng)考慮到電池電壓，輪胎直徑等因素 else { cw_right=0。 move_right(15,0,0)。ir_right==0) { move_left(15,0,1)。 } } } void timer1_serve() interrupt 3 { TH1=(65536100)/256。//左電機(jī)使能控制位 sbit cw_left= P1^1。 //中間紅外傳感器接收位 /////////////////////////函數(shù)聲明 //////////////////////////////////////// void timer1_init()。ik。 TL1=(65536100)%256。 //speed 數(shù)值與速度成反比 請結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)， if(cw==1) //但速度不能無限加快因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)有速度上限 { //而且速度加快是力矩會(huì)下降，容易導(dǎo)致丟步現(xiàn)象 cw_right=1。ir_mid==0amp。amp。ir_right==0)//左右有障礙，右轉(zhuǎn) move_left(15,0,1)。 move_right(15,0,1)。 delay(400)。 } if(ir_left==1amp。amp。 // m=m+1。 clk_right=~clk_right。amp。ir_mid==1amp。amp。 } if(ir_left==1amp。 delay(800)。 move_right(15,0,1)。ir_right==0) //以下是三個(gè)紅外傳感器的八種狀態(tài)和對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方式 { move_left(15,0,1)。 //cw 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)， 1 與 0 各代表一個(gè)方向 } if(en==1) { //en 為使能位 1：能 0：不能 en_right=1。//定時(shí)器啟動(dòng)后 運(yùn)動(dòng)控制脈沖將一直產(chǎn)生 小車的運(yùn)動(dòng)方式受 cw 和 en 控制 } void move_left(uint speed_l,uchar cw,uchar en) { //speed_l 速度控制變量 cw 方向控制變量 en 使能控制變量 speed=speed_l。j121。//左電機(jī)運(yùn)動(dòng)函數(shù) void move_right(uint speed_r,uchar cw,uchar en)。//左電機(jī)脈沖控制位 sbit en_right = P1^3。 n=n+1。 delay(100)。amp。 } else { en_right=0。 if(cw==1) { cw_left=1。j++) {。//右電機(jī)運(yùn)動(dòng)函數(shù) void delay(unsigned int k)。//左電機(jī)脈沖控制位 sbit en_right = P1^3。 TL1=(65536100)%256。 //所以實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中應(yīng)調(diào)節(jié)到速度可力矩比較合適的數(shù)值 } //應(yīng)考慮到電池電壓，輪胎直徑等因素 else { cw_right=0。 TR1=1。i++) { for(j=0。 //定時(shí) 器 1 初始化函數(shù) void move_left(uint speed_l,uchar cw,uchar en)。在今后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，應(yīng)用于各個(gè)地方。delay(800)是轉(zhuǎn) 180176。 n=0。 } } 電機(jī) 速度控制 在中斷中， n 不斷累加，當(dāng)你增加到預(yù)設(shè)的數(shù)之后 clk_left 與 clk_right 就會(huì)置為高電平，就會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖，使兩個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步；或 clk_left 與 clk_right 置 為 低電平，這時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)。 開 始延 遲產(chǎn) 生 脈 沖e n 是 否 高 電 平c w 位 的 電 位c w = 1 c w = 0電 機(jī) 正 轉(zhuǎn) 電 機(jī) 正 轉(zhuǎn)是 否 結(jié) 束NNYY結(jié) 束 圖 41 電機(jī)控制流程圖 電機(jī)方向控制 電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向受方向控制位 cw 控制。 第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 圖 312 USB 轉(zhuǎn)串口電路圖 圖 313 STC 單片機(jī)的串口燒寫軟件 電路連接準(zhǔn)備好之后，打開 STC 單片機(jī)的串口燒寫軟件 STC_ISP，如圖 313 所示。 PL2303HX 的特點(diǎn)是： 28 腳貼片 SOIC 封裝 12MHZ USB 規(guī)范 ，可以直接將 USB 信號轉(zhuǎn)換成串口信號 75～ 1228800，有 22 種波特率可以選擇，并支持 16 共 5種數(shù)據(jù)比特位，是一款相