基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制電路板設(shè)計論文(編輯修改稿)
2025-07-19 16:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 由于硬件消抖電路設(shè)計復(fù)雜，本設(shè)計中沒有采用，在此不再詳細(xì)敘述；軟件消抖適合按鍵較多的情況，方便簡單。其原理是在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時10ms的子程序后在確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下，從而消除了抖動的影響。其原理圖如圖23所示：圖23鍵盤控制模塊原理圖 LED數(shù)碼顯示電路發(fā)光二極管LED是一種通電后能發(fā)光的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電性質(zhì)與普通二極管類似。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合而成的1種新型顯示器件。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。LED數(shù)碼顯示器是1種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點(diǎn)。LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法：（1） 共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時則不點(diǎn)亮。（2） 共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時則不點(diǎn)亮。在本設(shè)計中所采用的是共陰極LED數(shù)碼顯示器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖24所示： 圖24 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 這里用四位一體數(shù)碼管SM420361K： 型號：SM420361K12P 類別：4位一體共陰 規(guī)格：長寬 管腳標(biāo)號：12986公共腳、A1BC4 DEFGDP3 在本設(shè)計中采用數(shù)碼管動態(tài)顯示轉(zhuǎn)速，使得與這兩個端口連接的數(shù)碼管公共端交替為低電平，從而為數(shù)碼管提供導(dǎo)通回路，通過對交替時間的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管在視覺上的不間斷顯示。通過P1口輸出段選信號，控制了數(shù)碼管顯示的內(nèi)容。如圖25所示：圖25 數(shù)碼管顯示電路 測速電路介紹開關(guān)型霍爾傳感器的原理及應(yīng)用開關(guān)型霍爾傳感器可分為單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)，內(nèi)部均有5個部分，即由穩(wěn)壓源、霍爾電勢發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器以及輸出級組成。雙穩(wěn)態(tài)傳感器具有兩組對稱的施密特整形電路。圖26是單穩(wěn)態(tài)開關(guān)集成霍爾元件UGN3020的功能圖及輸出特性。 圖26 UGN3020功能特性曲線對于開關(guān)型傳感器的正值規(guī)定是：用磁鐵的S極接近傳感器的端面所形成的B值為正值。由圖26看出，當(dāng)B=0時，V0為高電平；當(dāng)外磁場增至BOP時，輸出V0由高電平轉(zhuǎn)為低電平。外磁場由BOP降至BrP時，輸出V0由低電平反向，BrP被稱為釋放點(diǎn)。對于UGN3020，BOP=，BRP=，VOL=80～150mV，VOH=4V，～24V。UGN3020可組成轉(zhuǎn)速計探頭。該探頭由霍爾元件UGN3020和磁鋼組成測量電路。將具有10個齒的圓盤固定于被測對象的旋轉(zhuǎn)主軸上。當(dāng)圓盤齒經(jīng)過測量磁路的間隙時，霍爾元件輸出高電平，其他時間輸出為低電平；這樣圓盤每轉(zhuǎn)一周，電路輸出10個脈沖，脈沖經(jīng)過分頻后，用頻率計即可測出被測對象的實(shí)際轉(zhuǎn)速。本設(shè)計采用的測速電路原理圖如下圖所示：圖27 測速電路 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路本系統(tǒng)的設(shè)計目的為了高效控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，因此需要將單片機(jī)發(fā)出的脈沖轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，才能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，我們在這里采用ULN2003為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號。ULN2003七NPN達(dá)林頓連接晶體管是低邏輯電平數(shù)字電路（如TTL,CMOS或PMOS/NMOS）和大電流高電壓要求的燈、繼電器、打印機(jī)錘和其他類似負(fù)載間的接口的理想器件。廣泛用于計算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。所有器件有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管。ULN2003的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)TTL系列兼容。它的管腳連接圖如圖28所示:圖28 ULN2003管腳連接圖圖29 ULN2003芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)其主要特性為：表23 ULN2003主要特性表參數(shù)名稱符號數(shù)值單位輸入電壓VIN30V輸入電流IIN25mA功 耗PD1W工作環(huán)境溫度Topr20to +85 ℃貯存溫度Tstg55to+150℃ ULN2003芯片概述與特點(diǎn)：ULN2003芯片是高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列，由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時驅(qū)動7組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。功率電子電路大多要求具有大電流輸出能力，以便于驅(qū)動各種類型的負(fù)載。功率驅(qū)動電路是功率電子設(shè)備輸出電路的一個重要組成部分。ULN2003芯片高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列產(chǎn)品屬于可控大功率器件。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的工作過程是：首先從P1口輸出00000001B，—，所以ULN2003與單片機(jī)連接的四個管腳中每時刻只有一個管腳處于導(dǎo)通狀態(tài)（采用單拍方式對步進(jìn)電機(jī)控制），其他管腳處于斷開狀態(tài)。這樣就使得與ULN2003連接的步進(jìn)電機(jī)只有一個引出端導(dǎo)通。該系統(tǒng)驅(qū)動原理圖如圖210： 圖210 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動原理圖 電源設(shè)計在此系統(tǒng)中因要用到兩路電源，再三考慮購買了一個輸出為交流9V（電壓表實(shí)測電壓在12V左右）的適配器，然后通過4個IN4007（圖中未標(biāo)出）搭建的整流橋，分出兩路一路引出供驅(qū)動器，另一路再經(jīng)LM7805降為5V，完全符合要求，同時避免了電路設(shè)計中電路板上存在的大電源干擾等問題。電路電源設(shè)計如下圖所示：圖211 電源原理圖第3章 控制系統(tǒng)軟件分析與設(shè)計 程序設(shè)計思路步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件需要同時完成讀取鍵盤、處理鍵盤、控制步
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