摘要本設(shè)計(jì)首先介紹了stc89c51單片機(jī)(編輯修改稿)
2025-06-12 20:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 n=f/fq。②未知突跳頻率，則按段擬合至給定的起動(dòng)頻率，每段頻率的遞增量 (后稱階梯頻率 )△ f=f/8,即采用 8 段擬合。在運(yùn)行控制過程中，將起始的速度 (頻率 )分為 n分作為階梯頻率，采用 階梯升速法 將速度連續(xù)升到所需要的速度，然后鎖定，按預(yù)置的曲線運(yùn)行。如(圖 9)所示。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加 /減速控制，實(shí)際上就是控制發(fā)脈沖的頻率，升速時(shí)，使脈沖頻率增高，減速時(shí)相反。如果使用定時(shí)中斷來控制電機(jī)的速度，加減速控制就是不斷改變定時(shí)器的初 值。速度從 V1→ V2如果是線性增加，則按給定的斜率升 /降速；如果是突變，則按 階梯升速法 處理。在此過程中要處理好兩個(gè)問題：①速度轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)盡量短；為了縮短速度轉(zhuǎn)換的時(shí)間，可以采用建立數(shù)據(jù)表的方法。結(jié)合各曲線段的頻率和各段間的階梯頻率便可以建立一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)表，并通過轉(zhuǎn)換程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為定時(shí)初值表。通過在不同的階段調(diào)用相應(yīng)的定時(shí)初值，控制電機(jī)的運(yùn)行。定時(shí)初值的計(jì)算是在定時(shí)中斷外實(shí)現(xiàn)的，并不占用中斷時(shí)間，保證電機(jī)的高速運(yùn)行。②保證控制速度的精確性；要從一個(gè)速度準(zhǔn)確達(dá)到另外一個(gè)速度，就要建立一個(gè)校驗(yàn)機(jī)制，以防超過或未達(dá)到所需速度。階梯升速起動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的換向控制一般來說，驅(qū)動(dòng)器的輸入共有 3路，它們是：步進(jìn)脈沖信號(hào) CP、方向電平 DIR、脫機(jī)信號(hào) FREE。它們?cè)隍?qū)動(dòng)器內(nèi)部分別通過限流電阻接入光藕的負(fù)輸入端，且電路形式完全相同，在這三路輸入信號(hào)的共同的控制下，驅(qū)動(dòng)器將輸入合適的電流來控制步進(jìn)電機(jī)完成指定的操作。另外，驅(qū)動(dòng)器一般有一個(gè)接入端 OPTO，該端口為三路信號(hào)的公共正端。三路輸入信號(hào)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部接成共陽方式，所以 OPTO 端須接外部系統(tǒng)的 VCC，并在需要的情況下加限流電阻 R，保證驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光藕提供合適的驅(qū)動(dòng)電流。①步進(jìn)脈 沖信號(hào) CP 步進(jìn)脈沖信號(hào) CP 用于控制步進(jìn)電機(jī)的位置與速度，也就是說：驅(qū)動(dòng)器每接受一個(gè) CP 脈沖就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的步距角， CP脈沖的頻率改變則會(huì)使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變，控制 CP脈沖的個(gè)數(shù)，則可以使步進(jìn)電機(jī)精確定位。②方向電平 DIR 方向電平信號(hào) DIR 用于控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，此端為高電平時(shí)，電機(jī)一個(gè)轉(zhuǎn)向，此端為低電平時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)向另外一個(gè)方向，電機(jī)轉(zhuǎn)相必須在電機(jī)停機(jī)后進(jìn)行，并且換向信號(hào)一定要在前一個(gè)方向的最后一個(gè) CP 脈沖結(jié)束后以及下一個(gè)方向的第一個(gè)脈沖前發(fā)出。③脫機(jī)電平信號(hào)FREE 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器上電后，步進(jìn)電機(jī)處于鎖 定狀態(tài) (未施加 CP 脈沖時(shí) )或者運(yùn)行狀態(tài) (施加 CP 脈沖時(shí) )，但當(dāng)用戶想手動(dòng)調(diào)整電機(jī)而又不想關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器電源，這時(shí)就可以用到此信號(hào)，當(dāng)此信號(hào)起作用時(shí) (低電平有效 )，電機(jī)處于自由無力矩狀態(tài)，當(dāng)此信號(hào)為高電平時(shí)或懸空不接時(shí)，取消脫機(jī)狀態(tài)。此信號(hào)用戶可選用，如果不需要此功能，此端不接即可。步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，一定要在電機(jī)降速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)再換向，以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機(jī)。換向信號(hào)一定要在前一個(gè)方向的最后一個(gè) CP脈沖結(jié)束后以及下一個(gè)方向的第一個(gè) CP 脈沖前發(fā)出。如 (圖 10)所示。對(duì)于 CP脈沖的設(shè)計(jì)主要要求其有一 定的脈沖寬度(一般不小于 5μ s)、脈沖序列的均勻度及高低電平方式。在某一高速下的正、反向切換實(shí)質(zhì)包含了降速→換向→升速三個(gè)過程。轉(zhuǎn)向信號(hào)起作用的時(shí)刻步進(jìn)電機(jī)的位置控制步進(jìn)電機(jī)的位置控制是指要求電機(jī)從當(dāng)前位置轉(zhuǎn)過一個(gè)給定的步數(shù)。電機(jī)不丟步數(shù)這一控制的實(shí)際。就是要求精確地發(fā)出定量的步進(jìn)脈沖，例如，機(jī)器人再現(xiàn)工作時(shí)的啟動(dòng)信號(hào)后，要走到示教時(shí)給出的初始作業(yè)位置，就是用到位置控制。不過不帶加 /減速控制，位置控制很容易實(shí)現(xiàn)的。將發(fā)給電機(jī)的脈沖，用計(jì)數(shù)器通道計(jì)數(shù)，到最后通過 CPU停發(fā)脈沖就是了。但是這種不帶加 /減速的位置 控制，除非速度特別低，否則會(huì)在起停時(shí)造成器械沖擊、失步。圖 11 示出了帶加減速控制的速度曲線，此曲線、跟 T軸間包含的面積正比于電機(jī)走過的步數(shù) S∑，顯然，電機(jī)走過的總步數(shù) S∑由三部分構(gòu)成：加速階段電機(jī)走的步數(shù)向階梯段電機(jī)走過的步數(shù)和減速階段電機(jī)走的步數(shù)。位置控制速度曲線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)能同時(shí)實(shí)現(xiàn) 3臺(tái)或 3臺(tái)以上步進(jìn)電機(jī)的起 /停、轉(zhuǎn)向、加 /減速和位置控制。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)。單片機(jī)主要完成脈沖的分配，使步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，通過程序設(shè)定，從單片機(jī) 的 I/O口輸出一系列有規(guī)律的脈沖信號(hào)；由于直接輸出的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率有限，很難直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以必須經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行脈沖放大，本設(shè)計(jì)采用的 L297 與 L298N 芯片能解決這個(gè)問題，它可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)。但是如果要實(shí)現(xiàn)多臺(tái)步電機(jī)控制的設(shè)計(jì)，就不僅要重新分配好 I/O 資源，還要增加相應(yīng)驅(qū)動(dòng)芯片的數(shù)量。再利用單片機(jī)程序分配好控制字的存儲(chǔ)單元，以及相應(yīng)的內(nèi)存地址賦值，使單片機(jī)能控制步進(jìn)電機(jī)的起停、換向順序、速度和位置變化。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架 L29 L298N 與電機(jī)的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總電路設(shè)計(jì) 此電路由一塊 STC89C51，
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