【文章內(nèi)容簡介】 第3腳TXD端發(fā)出。ISP（InSystem Programming）在系統(tǒng)可編程，指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件，已經(jīng)編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。AT89S52單片機(jī)可以通過I/、 。 在線下載原理圖MOSI：輸出，AVRISP到目標(biāo)芯片的指令或數(shù)據(jù)；MISO：輸入，目標(biāo)芯片到AVRISP的數(shù)據(jù)；SCK：輸出，由AVRISP控制的串行時鐘；RET：輸出，由AVRISP控制的復(fù)位。 ULN2803特點及特性ULN2803 8個NPN達(dá)林頓晶體管，連接在陣列非常適合邏輯接口電平數(shù)字電路（例如TTL，CMOS或PMOS上/ NMOS）和較高的電流/電壓，如電燈，電磁閥，繼電器，打印錘或其他類似的負(fù)載，廣泛的使用范圍：計算機(jī)，工業(yè)和消費應(yīng)用。所有設(shè)備功能由集電極輸出和鉗位二極管瞬態(tài)抑制。 該ULN2803是專為符合標(biāo)準(zhǔn)TTL，而制造ULN2804適合6至15V的高級別CMOS或PMOS上。該電路為反向輸出型，即輸入低電平壓，輸出端才能導(dǎo)通工作。 18引腳：輸入端 1118引腳：輸出端 9引腳：地端 10引腳：電源+ ULN2803引腳圖 ULN2803內(nèi)部電路圖 ULN2804內(nèi)部電路圖 為了能輸出穩(wěn)定的驅(qū)動電流,采用8路達(dá)林頓ULN2803芯片,可以很方便實現(xiàn)晶體管集電極開路輸出,UNL2803是類似NPN三極管,一共8路,高電平導(dǎo)通,低電平截止,脈沖管腳高電平可以導(dǎo)通對應(yīng)的UNL2803其中一路。外接功率器件時必須有5V的電壓經(jīng)過負(fù)載再接入UNL2803的輸出管腳,這是集電極開路的特點,由于外部驅(qū)動器的內(nèi)部是5V光耦,所以可以很方便驅(qū)動。 電機(jī)控制模塊電路圖 電源電路模塊 LM7805特點用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9V。 因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 ，LM78XX系列輸出電壓分別為: 5V。6V。8V。9V。10V。12V。15V。18V。24V。 。 LM7805外形圖 電源電路原理圖電源電路原理圖如圖所示,該系統(tǒng)輸入電壓可以再8V24V之間,采用三端線性穩(wěn)壓芯片LM7805穩(wěn)壓,輸出5V的電壓供給單片機(jī)以及外圍器件。所有芯片的VCC和GND都連在一起,電源電路還加了適當(dāng)?shù)呐月窞V波電容,凈化電源,增強了抗干擾能力。 電源電路原理圖 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計概述根據(jù)系統(tǒng)所需實現(xiàn)的功能，軟件設(shè)計可主要分為以下幾個部分：主程序,顯示程序,鍵盤程序,電機(jī)控制程序等。與匯編語言相比，C語言具有良好的模塊化，易閱讀和維護(hù)等優(yōu)點，用其編寫的程序具有很好的可移植性,功能化的代碼能夠很方便地從一個工程移植到另一個工程，從而可以減少開發(fā)時間，用C語言編寫程序比用匯編語言更符合人們的思考習(xí)慣，很多處理器支持C語言編譯器，故本設(shè)計的軟件設(shè)計采用C語言進(jìn)行編寫。[7] Keil開發(fā)軟件介紹 Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，提供了豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具。我們進(jìn)行軟件編程，需要通過匯編軟件將所編寫的源程序變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼。隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS51系列單片機(jī)的軟件， Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境將這些部份組合在一起。Keil可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，可以直接寫入程序存貯器如E2PROM中。Keil軟件開發(fā)流程：（1） 建立工程；（2） 為工程選定目標(biāo)芯片；（3） 設(shè)置工程的配置參數(shù)（4） 打開/建立程序文件；（5） 編譯和連接文件；（6） 糾正和修改程序中的書寫和語法錯誤并重新編譯連接；（7） 將生成的HEX文件燒入單片機(jī)，運行調(diào)試。 系統(tǒng)主控程序流程圖根據(jù)設(shè)計要求，本設(shè)計的軟件部分應(yīng)實現(xiàn)的系統(tǒng)工作過程為：系統(tǒng)上電，對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、數(shù)碼管等進(jìn)行初始化；進(jìn)行工作方式選擇，依次對速度,加速度和脈沖進(jìn)行設(shè)定，若為鍵盤輸入方式，則按下“設(shè)定”鍵，進(jìn)入通道選擇，選定后，對該系統(tǒng)的速度,脈沖和加速度進(jìn)行設(shè)定。 所示。K1按下則一直產(chǎn)生500hz的，50%的測試脈沖，松開K1，脈沖停止進(jìn)入脈沖頻率設(shè)定界面K0按下切換電機(jī)方向K12按下電機(jī)轉(zhuǎn)動K13按下進(jìn)入加速度設(shè)定界面K14按下進(jìn)入脈沖個數(shù)設(shè)定界面限位開關(guān),電機(jī)停止K11按下？主函數(shù)開始按鈕判斷K1按下K11按下系統(tǒng)初始化 Y N Y N Y N Y N N Y Y N Y N N Y Y N 系統(tǒng)主控程序流程圖 鍵盤控制流程圖 根據(jù)設(shè)計要求,本程序?qū)崿F(xiàn)的要求滿足電機(jī)啟動控制和參數(shù)的設(shè)置。 鍵盤控制流程圖開始RUN是否按下電機(jī)按設(shè)定值運行限位開關(guān),電機(jī)停止SET是否按下進(jìn)入脈沖設(shè)定界面掃描UP鍵掃描DOWN鍵LEFT鍵是否按下RIGHT鍵是否按下SET鍵是否再次按下 Y N Y Y N Y N N 鍵盤控制流程圖 步進(jìn)電機(jī)控制流程圖步進(jìn)電機(jī)加減速通常有三種方法：直線加減速、指數(shù)加減速、拋物線加減速，后兩種方法，步進(jìn)電機(jī)可能因為升降速太快而丟步，影響定位精度，下文介紹了精確定位過程的實現(xiàn)。 任意直線加減速的方法， 所示，設(shè)位移設(shè)定值是已Pn、最大速度是Vmax、 加速度是Acc，根據(jù)公式V＝2AccPn，Vn為實時速度，可得Vn＝，Pn ＝ n (1) 同步啟動加速曲線 此公式，CPU 根本無法實時計算出該值。這里介紹一種延時啟動直線加減速脈沖生成方法。曲線1 表示速度加速曲線，現(xiàn)把該設(shè)定曲線延時 時間，即曲線2，在曲線2 初始時刻發(fā)首個脈沖， 可知。所以由此可知： 有勻速過程的速度位移曲線 無勻速過程的速度位移曲線t0 取值越小，則實際加速曲線越逼近給定加速曲線，這里為計算方便取t0 , 由式（ 4） 很容易求出初始時刻v1（一般將v1 放大10 倍，以避免浮點數(shù)乘除運算），根據(jù)式 (8)、（5）分別求出vi、ti，由ti 求出裝載定時器T0 的初始值。同樣可以分析得出減速過程中勻減速初始時刻vi1 就是加速過程中達(dá)到的速度最大值。在加減速過程中，用戶設(shè)置的位移值、加速度值可能較小，最大速度值又可能較大，所以單片機(jī)在運算過程中要判斷是否有勻速運動過程，、 所示，具體方法如下：首先計算中間位移點Pm ＝ Ps /2，并對定時器T0 輸出脈沖數(shù)進(jìn)行計數(shù)，設(shè)計數(shù)變量為j，當(dāng)j ＜ Pm 時，實時判斷當(dāng)前速度是否到達(dá)設(shè)定的最大速度值，若到達(dá)，則記錄當(dāng)前輸出脈沖數(shù)P1，根據(jù)對稱性，可知在第（Ps － P1）個脈沖開始減速。若j ＝ Pm 時，當(dāng)前度依舊小于設(shè)定的最大速度值，則系統(tǒng)隨即開始減速，兩者都直至輸出Ps 個脈沖后停止。綜上所述，定時器T0 所示，右側(cè)是加速段流程，中間是勻速段流程，左側(cè)是減速段流程。 步進(jìn)電機(jī)控制流程圖 步進(jìn)電機(jī)控制流程圖 第五章 步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動器的控制 步進(jìn)電機(jī)選型本系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)選用2相4線的42BYGH系列電機(jī)。該電機(jī)的主要參數(shù)如下： 步距角(176。)176。 絕緣電阻(Ω)500V DC 100 MΩ Min環(huán)境溫度(℃)—20~+50溫 升(℃)80徑向跳動(mm)軸向跳動(mm)機(jī)身長(mm)34相電壓(V)12相電流(A)相電阻(Ω)30相電感(mH)37靜力矩()2600引線數(shù)(NO.)4轉(zhuǎn)動慣量(㎡)34定位力矩()200重量(kg) 步進(jìn)電機(jī)的控制方法在運動控制系統(tǒng)中，既要對運動軌跡嚴(yán)格控制，也要對運動速度嚴(yán)格控制，以保證所生產(chǎn)的產(chǎn)品的精度及系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。在高速運動時，為避免在啟動和停止階段發(fā)生沖擊、失步、超程和振蕩，運動控制系統(tǒng)需要對運動速度進(jìn)行加減速控制。 (1) 脈沖增量插補算法的進(jìn)給速度控制脈沖增量插補的輸出形式是脈沖，器頻率與進(jìn)給速度成正比。因此可通過控制插補運算的頻率來控制進(jìn)給速度。常用的方法有：軟件延時法和中斷控制法。本設(shè)計采用中斷控制法，即根據(jù)編程進(jìn)給速度計算出定時器/計數(shù)器(CTC)的定時時間常數(shù)，以控制CPU中斷，在中斷服務(wù)中進(jìn)行一次插補運算并發(fā)出進(jìn)給脈沖，CPU等待下一次中斷，如此循環(huán)進(jìn)行，直到插補完畢。這種方法使得CPU可以在兩個進(jìn)給脈沖時間間隔內(nèi)做其它工作，如輸入、譯碼、顯示等。進(jìn)給脈沖頻率由定時器定時常數(shù)決定，定時到，插補運算一次輸出進(jìn)給脈沖。(2) 加減速度控制為了保證控制精度，在進(jìn)給速度突變時必須對送到進(jìn)給電動機(jī)的脈沖頻率進(jìn)行加減速控制。當(dāng)速度突然升高時，應(yīng)保證加在伺服進(jìn)給電動機(jī)上的進(jìn)給頻率逐漸增大；當(dāng)速度突降時，應(yīng)保證加在伺服電動機(jī)上的進(jìn)給脈沖頻率逐漸減小。本系統(tǒng)采用直線加減速控制算法，快速進(jìn)給時速度變化范圍大，平穩(wěn)性好。ABCDOvcpV(t)KL 直線加減速直線加減速控制需經(jīng)5個過程：1) 加速過程 若輸入速度與上一個采樣周期的輸出速度vi1 之差大于一個速度常數(shù)KL，即vcvi1 KL，則必須進(jìn)行加速控制，使本次采樣周期的輸出速度增加一個KL值： vi = vi1 + KL ，KL為速度階躍因子。顯然，在加速過程中，輸出速度vi沿斜率為= 的直線上升，為采樣周期。2) 加速過渡過程 當(dāng)輸入速度vc與上次采樣周期的輸出速度vi1之差滿足下式時：0vc – vi1KL, 說明速度已上升至接近勻速。這時可改變本次采樣周期的輸出速度vi，使之與輸入速度相等，即vi = vc 。經(jīng)過這個過程后，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定速度狀態(tài)。3) 勻速過程 在這個過程中，輸出速度保持不變，即： Vi = vi14) 減速過渡過程當(dāng)輸入速度vc與上一個采樣周期的輸出速度vi1之差滿足下式時:0vi1–vcKL，說明應(yīng)開始減速處理。改變本次采樣周期的輸出速度vi，使之減小到與輸入速度vc相等，即： Vi = vc 。5) 減速過程若輸入速度vc小于一個采樣周期的輸出速度vi1，但其差值大于KL時，即：vi1 – vc KL ，則進(jìn)行減速控制，是本次采樣周期的輸出速度vi減小一個KL值，即： vi = vi1 – KL。顯然，在減速過程中，輸出速度沿直線為的直線下降。3) 輸出脈沖的計算