【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP。 （ 4） 4 個(gè) 8 位 I/O 端口 P0、 P P P3 P0口： P0口是一組 8為漏極開(kāi)路型雙向 I/0 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口 P0 寫(xiě) “1” 時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用，在訪(fǎng)問(wèn)器長(zhǎng) 春 大 學(xué) 工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng) 共 38 頁(yè) 第 11 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 件激活 內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口： P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě) “1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入（ ）。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間 ， P1接收低 8位地址。 P2口： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口 P2寫(xiě) “1” ，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪(fǎng)問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX @R1 指令）時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。 Flash 編程和 程序校驗(yàn)期間， P2 亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3口： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口 P3寫(xiě) “1” 時(shí)，它們被上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線(xiàn)外，更重要的用途是它的第二功能，如表 21 所示。此外， P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào) 。 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù) 器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 表 21 P3口的第二功能 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng) 共 38 頁(yè) 第 12 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 2— 3 AT89C51的引腳圖 硬件選擇 系統(tǒng)主要控制對(duì)象為機(jī)器手，其動(dòng)力系統(tǒng)為氣動(dòng)式。系統(tǒng)主要由采樣放大單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和控制單元、驅(qū)動(dòng)單元和執(zhí)行單元組成。信號(hào)采集選用漫反射式光電傳感器；信號(hào)放大選用 AD522 芯片；模數(shù)轉(zhuǎn)換采用 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC549 芯片；控制單元選用 AT89C51 單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)由 UCN5804B 集成電路芯片驅(qū)動(dòng)。 系統(tǒng)主要程序構(gòu)成 機(jī)器手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、轉(zhuǎn)換子程序、報(bào)警子程序、定時(shí)子程序組成。 系統(tǒng)主程序主要實(shí)現(xiàn)自檢初始化、外部中斷及啟動(dòng)機(jī)器手搬運(yùn)的功能。用戶(hù)可以通過(guò)它監(jiān)控系統(tǒng)的工作。主程序流機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)主要由 4 個(gè)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī) P2 口依次連接，行程開(kāi)關(guān)與單片機(jī)的 P0 口依次連接。為使程序編寫(xiě)方便，將機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)形式分解，劃分為 11 個(gè)步驟，與驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的工作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，列出真值表。再根據(jù)真值表編寫(xiě)機(jī)器手控制程 序。 另外，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器手運(yùn)動(dòng)控制，可對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角精確控制，因此必須能夠產(chǎn)生 PWM（脈沖調(diào)制）周期信號(hào)，并且能夠調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的占空比。采長(zhǎng) 春 大 學(xué) 工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng) 共 38 頁(yè) 第 13 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 用的控制方式是使用定時(shí)器設(shè)置初值，定時(shí)時(shí)間為 20ms，在程序運(yùn)行時(shí)通過(guò)改變定時(shí)器中斷的初值，使其輸出指定占空比的脈沖信號(hào)。此脈沖信號(hào)寬度是微秒級(jí)單位，這樣既能提高系統(tǒng)控制精度，又能保證系統(tǒng)可靠工作。 其它子程序 （ 1） A/D轉(zhuǎn)換子程序是將傳感器輸出信號(hào)放大后，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器送入單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，將數(shù)據(jù)按照指定格式存放在對(duì)應(yīng)的位置。 （ 2） 報(bào)警子程序是將當(dāng)系 統(tǒng)采集、數(shù)字濾波后的數(shù)據(jù)（比如電機(jī)溫度）超過(guò)給定值的的上、下限時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，使程序轉(zhuǎn)而處理故障。 （ 3） 定時(shí)子程序是設(shè)定 PWM（脈沖調(diào)制）周期信號(hào)的寬度，從而控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角精度。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，不但取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的性能，也取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的研究幾乎是與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究同步進(jìn)行的 。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)電源（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器）?？刂破鳎}沖信號(hào)發(fā)生器 ）可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是靠單片子產(chǎn)生脈沖來(lái)控制轉(zhuǎn)矩的，單片機(jī)本身驅(qū)動(dòng)電流較小，驅(qū)動(dòng)不了電機(jī)繞組，要用驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生較大電流，直接驅(qū)動(dòng)會(huì)燒壞單片機(jī) 。在此只對(duì)驅(qū)動(dòng)電路做簡(jiǎn)單說(shuō)明（如圖 24）。 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng) 共 38 頁(yè) 第 14 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 2— 4驅(qū)動(dòng)電路模塊 單片機(jī)、機(jī)器手、各個(gè)芯片要工作，就必須為其提供電源，他們的電源電壓都是 5V。因此就需要將 220V 的交流電降壓整流為 5V 的直流電源。其電路如圖 25 所示。 這就是一個(gè)簡(jiǎn)單的整流電路， 220V 的交流電經(jīng)過(guò)變壓器（ 220/9V）后輸出 9V的交流電，再經(jīng)過(guò)單相橋式整流、電容濾波，最后由 7805 穩(wěn)壓輸出5V 的電壓供給整個(gè)電路板使用。此設(shè)計(jì)中用到了單片機(jī)，而單片機(jī)的抗干擾能力很差，所以電源板與單片機(jī)的電路板是分開(kāi)的。電源板由按鍵開(kāi)關(guān)控制輸出，由發(fā)光二極管顯示工作狀態(tài)， C C5 的使用是為了提高抗干擾能力。 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng) 共 38 頁(yè) 第 15 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 2— 5單片機(jī)的電源 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng) 共 38 頁(yè) 第 16 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 機(jī)器手系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)方案 機(jī)器手的重要指標(biāo)有快速性 、定位精 度和平穩(wěn)性等。而運(yùn)用 AT89C51單片機(jī) 時(shí) ，有價(jià)格低廉、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。因此煤餅的裝箱采用了單片機(jī)控制機(jī)器手和走箱工作臺(tái)相配合的方式，機(jī)器手工作軌跡固定，而工作臺(tái)可做定向移動(dòng)。為提高裝箱速度，在機(jī)器手卸完煤餅返回的同時(shí)，使工作臺(tái)完成相應(yīng)的位移量。機(jī)器手從 A點(diǎn)抓去工件右行至 B 點(diǎn)，放下工件，然后返回到 A點(diǎn)抓取下個(gè)工件，依次反復(fù)。步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)器手左右運(yùn)行的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 圖 31 總體設(shè)計(jì)方案 硬件電路設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理 和特點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、動(dòng)作靈敏、中低速時(shí)具備高轉(zhuǎn)矩、高信賴(lài)性、小型、高功率等特征，使其具有廣泛的應(yīng)用。 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng) 共 38 頁(yè) 第 17 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線(xiàn) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種控制用的特種電機(jī)，作為執(zhí)行元件，步進(jìn) 電機(jī)是機(jī)電控制中一種 關(guān)鍵 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)電源（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器）?？刂破鳎}沖信號(hào)發(fā)生器）可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速 度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，即給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。控制步進(jìn)電機(jī)的速度，即給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步，兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。同時(shí)通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。選擇步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1500r/min。 步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)： （ 1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。 （ 2）步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 步