【文章內(nèi)容簡介】 的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦使用 30pF177。10pF，而如果使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。10pF。用戶還可以采用外部時鐘，采用外部時鐘如圖 所示。在這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，既內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 懸空。 圖 內(nèi)部震蕩電路 X2X1GNDC2C112HZ內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 5 光電隔離器 光電耦合器是把發(fā)光器件 (如發(fā)光二極管 )和光敏器件 (如光敏三極管 )組裝在一起，通過光線實現(xiàn)耦合構(gòu)成電一光和光一電的轉(zhuǎn)換器件。圖 所示為常用的三極管型光電耦合器原理圖。當(dāng)電信號送人光電耦合器的輸入端時，發(fā)光二極管通過電流 圖 而發(fā)光，光敏元件受到光 照后產(chǎn)生電流， CE 導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止， CE 不通。對于數(shù)字量，當(dāng)輸人為低電子 0時，光敏三極管截止，輸出為高電平 1；當(dāng)輸人為高電平 1時，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平 0。若基極有 出線則可滿足溫度補償、檢測調(diào)制要求。這種光耦合器性能較好，價格便宜，因而應(yīng)用廣泛。 光電耦合器之所以在傳輸信號的同時能有效地抑制尖脈沖和各種 噪聲干擾，使通道上的信號噪聲比大為提高，主要有以下幾方面的原因 ： (1)光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為 105～106? 。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的噪聲電壓會很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極管 發(fā)光，從而被抑制掉了。 (2)光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾噪聲都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。 (3)光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號線短接時，也不會損壞儀表。因為光耦合器件的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏的高壓。 (4)光電耦合器的響應(yīng)速度極快，其響應(yīng)延遲時間只有 10μs左右，適于對響應(yīng)速度要求很高的場合。 發(fā)光二極管正極負(fù)極集電極發(fā)射極光敏三極管內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 6 MAX232 的介紹 MAX232 是電壓轉(zhuǎn)換芯片，將 ttl 電平轉(zhuǎn)換成可以和電腦串口匹配的電壓 MAX232芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路 ,使用 +5v 單電源供電。在傳輸方面 ， MAX232 內(nèi)部將 +5V的電平提升為 10V~+10V，然后接受 TTL/ CMOS 的+5V 電平，并轉(zhuǎn)化成 ? 10V信號送到線路上。在接受方面， MAX232 從線路上接受 ? 10V信號，經(jīng)過內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成 +5V 電平。實際上 MAX232 只是一個電平轉(zhuǎn)換器，但是只需要 +5V電源與 4~5 個小電容（ 10uf 即可）就可以同時提供雙向電平調(diào)整。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換通道。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦DP9 插頭； DP9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從R1OUT、 R2OUT 輸出。 第三部分是供電。 15 腳 DNG、 16 腳 VCC（ +5v）。 PCB 板的生成 此硬件部分是建立在 protel99 的環(huán)境下工作的。 PCB 基本設(shè)計流程如下：前期準(zhǔn)備 PCB 結(jié)構(gòu)設(shè)計 PCB 布局 布線優(yōu)化和絲印 制版。 第一：前期準(zhǔn)備。這包括準(zhǔn)備元件庫和原理圖。要做出一塊好的板子，除了要設(shè)計好原理之外，還要畫得好。在進行 PCB 設(shè)計之前，首先要準(zhǔn)備好原理圖 SCH 的元件庫和 PCB 的元件庫。元件庫可以用 Peotel 自帶的庫，但一般情況下很難找到合適的，最好是自己根據(jù)所選器件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸資料自己做元件庫。原則上先做 PCB 的元件庫，再做 SCH 的元件庫。 PCB 的元件庫要求較高，它直接影響板子的安裝； SCH 的元件庫要求相對比較松，只要注意定義好管腳屬性和與 PCB 元件的對應(yīng)關(guān)系就行。 PS：注意標(biāo)準(zhǔn)庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設(shè)計，做好后就準(zhǔn)備開始做 PCB 設(shè)計了。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 7 第二： PCB 結(jié)構(gòu)設(shè)計。這一步根據(jù)已經(jīng)確定的電路板尺寸和各項機械定位，在 PCB 設(shè)計環(huán)境下繪制 PCB 板面，并按定位要求放置所需的接插件、按鍵 /開關(guān)、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域（如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區(qū)域）。 第三： PCB 布局 。布局說白了就是在板子上放器件。這時如果前面講到的準(zhǔn)備工作都做好的話，就可以在原理圖上生成網(wǎng)絡(luò)表 （ DesignCreate Netlist），之后在 PCB 圖上導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表（ DesignLoad Nets）。就看見器件 雜亂無章 的全堆上去了，各管腳之間還有飛線提示連接。然后就可以對器件布局了。 第 四 ：布線優(yōu)化和絲印。優(yōu)化布線 后，如果什么 需要修改之后，就可以鋪銅了（ Placepolygon Plane）。鋪銅一般鋪地線（注意模擬地和數(shù)字地的分離），多層板時還可能需要鋪電源。時對于絲印，要注意不能被器件 擋住或被過孔和焊盤去掉。同時，設(shè)計時正視元件面，底層的字應(yīng)做鏡像處理，以免混淆層面。 第 五 ：制版。 PCB 布局及布線和生成的 PCB 板模型如附錄 B。 步進電機的結(jié)構(gòu)特點 步進電動機的結(jié)構(gòu)分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子由硅鋼片疊成，裝上一定相數(shù)的控制繞組，由環(huán)形分配器送來的電脈沖對多相定子繞組輪流進行勵磁。轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用 軟磁性材料 做成凸極結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子本身沒有勵磁繞組的叫做“反應(yīng)式步進電動機” ；用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子的叫做“永磁式步進電動機” 。步進電動機的結(jié)構(gòu)形式很多，但其工作原理都大同小異， 本設(shè)計 用的就 是 三相反應(yīng)式步進電動機。 反應(yīng)式 步進電機的結(jié)構(gòu) 如圖 所示 是一個三相反應(yīng)式步進電機的結(jié)構(gòu)圖。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 8 圖 從圖中可以看出，它分成轉(zhuǎn)子和定子兩個部分 。定子由硅鋼片疊成。定子上有六個磁極（大極），每兩個相對的磁極（ N、 S 極）組成一對，共 3對。每對磁極都纏有同一繞組，也即形成一相，這樣 3 對磁極有 3對繞組，形成 3相?？梢缘贸觯南嗖竭M電機有 4對磁極、 4 對繞組， 5相步進電機有 5對磁極、 5對繞組 ?? 以此類 推。每個磁極內(nèi)表面都分布著很多小齒，它們大小相同 間距相同。轉(zhuǎn)子式由軟磁材料制作成的，其外表也均勻分布著小齒，這些小齒與定子上的小齒齒距相同，形狀相似。 由于小齒的齒距相同，所以不管是定子還是轉(zhuǎn)子，其齒距角都可以計算如下： 2/z z??? （ ） 式中： Z—— 轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。例如，如果轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為 40. 則 齒距角為： 2 / 40 9z???? （ ） 反應(yīng)式 步進電機的工作原理 反應(yīng)式步進電機的步進原理 如 圖 所示是三相反應(yīng)式步進電動機的工作原理圖。 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 9 步進電動機由轉(zhuǎn)子和定子組成。定子上有 A、 B、 C 三對繞組磁極，分別稱為 A 相、B 相、 C 相。轉(zhuǎn)子是硅鋼片等軟磁材料迭合成的帶齒廓形狀的鐵心。如果在定子的三對繞組中通直流電流，就會產(chǎn)生磁場。當(dāng) A、 B、 C三對磁極的繞組依次輪流通電，則 A、 B、C 三對磁極依次產(chǎn)生磁 場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 (1)當(dāng) A相通電， B相和 C 相不通電時，電動機鐵心的 AA/ 方向產(chǎn)生磁通，在磁拉力的作用下，轉(zhuǎn)子 3齒與 A相磁極對齊。 4兩齒與 B、 C兩磁極相對錯開 30 。 (2)當(dāng) B相通電、 C相和 A 相斷電時，電動機鐵心的 BB/方向產(chǎn)生磁通，在磁拉力的作用下，轉(zhuǎn)子沿逆時針方向旋轉(zhuǎn) 30 ， 4 齒與 B 相磁極對齊。 3 兩齒與 C、 A 兩磁極相對錯開 30 。 (3)當(dāng) C相通電， A相和 B 相斷電時，電動機鐵心的 CC/方向產(chǎn)生磁通，在磁拉力的作用下，轉(zhuǎn)子沿逆時針方向又旋轉(zhuǎn) 30 ， 3 齒與 C 相磁極對齊。 4 兩齒與 A、 B 兩磁極相對錯開 30 。 綜上所述，可以得到如下結(jié)論： (1)步進電動機定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個確定的角度，即步距角 ? ； (2)改變步進電動機定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變； (3)步進電動機定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越 高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。 反應(yīng)式 步進電機的 步進方式 反應(yīng)式步進電機的步進方式可以有三種：單三拍、雙三拍、六拍。 (1)單三拍工作方式 三相步進電機若按 A→ B→ C?通電相序連續(xù)通電，則步進電動機就連續(xù)地沿逆時針方向旋動，每換接一次通電相序，步進電動機沿逆時針方向轉(zhuǎn)過 30 ，即步距角為 30 。如果步進電動機定子磁極通電相序按 A→ C→ B?進行，則轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。上述通電方式稱為三相單三拍通電方式。所謂“單”是指每次只有一相繞組通電的意思。從一相通電換接到另一相通電稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個步距角，故所謂“三拍”是指通電換接三次后完成一個通電周期。 (2)雙三拍工作方式 三相步進電機的各相除了采用單三拍方式通電工作外，還可以有其他通電方式。雙內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 10 三拍就是其中之一。 雙三拍的工作方式是：每次對兩相同時通電，即所謂的“雙”；磁場旋轉(zhuǎn)一周需要換相三次，即所謂“三拍”，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距角，這與但三拍是一樣的。在雙三拍工作方式中，步進電 機正向通電的順序為： AB→ BC→ CA；反轉(zhuǎn)的通電順序為： BA→ AC→ CB。 (3)六拍工作方式 六拍工作方式也是步進電機的另一種通電方式。這是單三拍與雙三拍交替使用的一種方法，也稱為單雙六拍或 1→ 2相勵磁法。 步進電機的正轉(zhuǎn)通電順序為： A→ AB→ B→ BC→ C→ CA；反轉(zhuǎn)通電順序為： A→ AC→ C→ CB→ B→ BA?？梢?，磁場旋轉(zhuǎn)一周，通電需要換相 6 次（即六拍），轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)動一個齒距角。這是與單三拍和雙三拍最大的區(qū)別。 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距角需要六拍，所以，六拍工作時，步距角要比單三拍和雙三拍的步距角小一半，即步進 電機的精度提高了一倍。 步進電動機的主要性能指標(biāo) 1. 步矩角 步矩角是指每給一個電脈沖信號，電動機轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過角度的理論值，它是步進電機的主要性能指標(biāo)之一。不同的應(yīng)用場合，對步矩角大小的要求不同。它的大小直接影響步進電機的起動和運行頻率。因此，在選擇步進電機的步矩角 θb 時，若通電方式和系統(tǒng)的傳動比已初步確定，則步矩角應(yīng)滿足 θbiθmin （ ） 式中： i 為 傳動比； θmin 為負(fù)載軸要求的最小位移增量（或稱脈沖當(dāng)量，即每一個脈沖所對應(yīng)的負(fù)載軸的位移增量）。 2. 轉(zhuǎn)矩 1）保持轉(zhuǎn)矩（或定位轉(zhuǎn)矩）是指繞組不通電時電磁轉(zhuǎn)矩的最大值或轉(zhuǎn)角不超過一定值時的轉(zhuǎn)矩值。通常反應(yīng)式步進電機的保持轉(zhuǎn)矩為零，而若干類型的永磁式步進電機具有一定的保持轉(zhuǎn)矩。 2）靜轉(zhuǎn)矩 是指不改變控制繞組通電狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)情況下的電磁轉(zhuǎn)矩。它是繞組內(nèi)的電流及失調(diào)角的函數(shù)。當(dāng)繞組內(nèi)的電流值不變時，靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 TL=（ ~） Tsmax （ ） 為保證步進電機在系統(tǒng)中正常工作，還必須滿足 : TstTLmax （ ） 式中： Tst為步進電機起動轉(zhuǎn)矩； TLmax為步進電機最大靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩。