基于步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)平衡系統(tǒng)(編輯修改稿)
2024-10-04 17:40 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 三、 AD 轉(zhuǎn)換系統(tǒng) ADC0832 與單片機(jī)的接口電路： 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、DI。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。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。當(dāng)要進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘（ CLK）輸入端輸入時(shí)鐘脈沖 ， DO/DI 端則使用DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。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)。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。 四、硬件支架圖 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)自由擺上的平板控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu) 下 圖所示。擺桿的一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸固定在一支架上，另一端固定安裝一臺(tái)電機(jī)，平板固 定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上；當(dāng)擺桿擺動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以控制平板轉(zhuǎn)動(dòng)。 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(lái)說(shuō) ,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。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 說(shuō)明 復(fù)位電路 :此處用 RC 諧振電路構(gòu)成上電復(fù)位電路。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平有效時(shí)為有效，用來(lái)完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作，復(fù)位后，單片機(jī)從新開(kāi)始執(zhí)行程序。 晶振電路給單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)， 這里選擇的晶振頻率為 ，外接兩個(gè)諧振電容。該電容選擇 30pF。 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(kāi)始執(zhí)行 。當(dāng)接低電平時(shí) ,復(fù)位后直接從外部 ROM 的 0000H 開(kāi)始執(zhí)行 .因此可以看出 ,其實(shí)要熟悉 51單片機(jī)的 40個(gè)引腳功能也很容易 ， 總共 40 個(gè)腳 ,電源用 2 個(gè) (Vcc 和 GND),晶振用 2 個(gè) ,復(fù)位 1 個(gè) ,EA/Vpp用 1 個(gè) ,剩下還有 34 個(gè) .29 腳 PSEN,30 腳 ALE 為外擴(kuò)數(shù)據(jù) /程序存儲(chǔ)器 時(shí)才有特定用處 ,一般情況下不 用考慮 ,這樣 ,就只剩下 32 個(gè)引腳 ,這 32 個(gè)引腳就是要經(jīng)常跟它們打交道的了 .它們是 : P0 端口 ~ 共 8 個(gè) P1 端口 ~ 共 8 個(gè) P2 端口 ~ 共 8 個(gè) P3 端口 ~ 共 8 個(gè) 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （二） 通訊模塊 MAX232 芯片引腳結(jié)構(gòu)和外圍電路連接如圖所示： 本系統(tǒng)采用 MAX232 實(shí)現(xiàn) TTL 電平與 RS232 電平的轉(zhuǎn)換。 MAX 芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變壓器，可以把輸入的 +5V 電源電壓變換成為 RS232 輸出電平所需的 +12V 電壓。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。 MAX232 的電容C301, C302， C303， C304,及 V+， V是電源變換電路部分。按照芯片資料，此處選用 的非極性瓷片電容來(lái)設(shè)計(jì)電路，在具體設(shè)計(jì)電路時(shí)，這四個(gè)電容要靠近 MAX232芯片，以提高抗干擾能力。 在此設(shè)計(jì)圖中使用直通接法，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程如下： MAX232 的 10 腳 T1IN 接單片機(jī)的 TXD 端 ,TTL 電平從單片機(jī)的 TXD 端發(fā)出，經(jīng)過(guò) MAX232 轉(zhuǎn)換成 RS232 電平后從 MAX232 的 7 腳 T2out 發(fā)出，在連接到串口座的第 2 腳，再通過(guò) 平行串口線連接到PC 機(jī)的串口座的第 2 腳 RXD 端，直至計(jì)算機(jī)接收到數(shù)據(jù)。 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)。 六、其他元器件簡(jiǎn)介 （一） L297 的工作原理介紹 L297是意大利 SGS 半導(dǎo)體公司生產(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)。芯片內(nèi)的 PWM 斬波器電路可開(kāi)關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電機(jī)繞組中的電流。該集成電路采用了 SGS 公司的模擬 /數(shù)字兼容的 I2L 技術(shù)，使用 5V 的大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 電源電壓，全部信號(hào)的連接都與 TFL/CMOS 或集電極開(kāi)路的晶體管兼容。 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(jiàn) 下 圖。 在 L297的內(nèi)部，變換器是一個(gè)重要組成部分。變換器由一個(gè)三倍計(jì)算器加某些組合邏輯電路組成，產(chǎn)生一個(gè)基本的八格雷碼。由變換器產(chǎn)生 4個(gè)輸出信號(hào)送給后面的輸出邏輯部分，輸出邏輯提供禁止和斬波器功能所需的相序。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(guò) 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。 每個(gè)斬波器的觸發(fā)器由振蕩器的 脈沖調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載電流提高 時(shí)檢測(cè)電阻上的電壓相對(duì)提高，當(dāng)電壓達(dá)到Uref 時(shí) (Uref 是根據(jù)峰值負(fù)載電流而定的 )，將觸發(fā)器重置，切斷輸出，直至第二個(gè)振蕩脈沖到來(lái)、此線路的輸出 (即觸發(fā)器 Q 輸出 )是一恒定速率的 PWM 信號(hào)， L297的CONTROL 端的輸入決定斬波器對(duì)相位線 A， B， C， D 或抑制線 INH1和 INH2起作用。CONTROL 為高電平時(shí)，對(duì) A， B， C， D 有抑制作用；為低電平時(shí)，則對(duì)抑制線 INH1和 INH2有抑制作用，從而可對(duì)電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （二） L298N 引腳圖 L298 是 SGS(通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司 )公司的 產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是 15 腳Multiwatt 封裝的 L298N，內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。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)。其引腳排列如上圖中所示 。 L298N 的引腳 9 為 LOGIC SUPPLY VOLTAGE Vss，即邏輯供應(yīng)電壓。引腳 4 為SUPPLY VOLTAGE Vs，即驅(qū)動(dòng)部分輸入電壓。 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(guò)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。 它的引腳 2， 3， 13， 14 為 L298N 芯片輸入到電動(dòng)機(jī)的輸出端，其中引腳 2 和 3 能控制兩相電機(jī)，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，即可控制一個(gè)電動(dòng)機(jī)。同理，引腳 13 和 14 也可控制一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。引腳 6 和 11 腳為電動(dòng)機(jī)的使能接線腳。引腳 5， 7， 10， 12 為單片機(jī)輸入到 L298N 芯片的輸入引腳。下表是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系： EN A（ B） IN1（ IN3） IN2（ IN4） 電機(jī)運(yùn)行情況 H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) H 同 IN2（ IN4） 同 IN1（ IN3） 快速 停止 L X X 停止
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