基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2024-07-19 16:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C51單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)：超低功耗超強(qiáng)抗干擾，超強(qiáng)抗靜電輸入輸出口多，最多有40個(gè)I/O速度快，1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，可用低頻率晶振 鍵盤控制電路鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。鍵盤實(shí)質(zhì)是一組按鍵開關(guān)的集合。鍵盤所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。一個(gè)電壓信號(hào)在機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程中，都會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，一般為5—10ms；兩次抖動(dòng)之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時(shí)間由按鍵動(dòng)作所決定；第一次抖動(dòng)前和第二次抖動(dòng)后為斷開狀態(tài)。按鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。通過對(duì)輸出電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可確認(rèn)按鍵按下與否。在本設(shè)計(jì)中，高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合狀體。并且，為了能直觀形象的表示按鍵閉合與否，還為每個(gè)按鍵相應(yīng)增加了發(fā)光二極管，按鍵斷開時(shí)，發(fā)光二極管滅，當(dāng)有鍵閉合時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。為了確保單片機(jī)對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動(dòng)的影響。消除按鍵抖動(dòng)通常采用硬件、軟件兩種方法。由于硬件消抖電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，本設(shè)計(jì)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(jiǎn)單。其原理是在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)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(dòng)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(gè)LED發(fā)光二極管，其中7個(gè)用于顯示字符，1個(gè)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(shí)公共陽極接+5V，每個(gè)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(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時(shí)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(shí)公共陰極接地。每個(gè)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(shí)，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時(shí)則不點(diǎn)亮。在本設(shè)計(jì)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(hào)：SM420361K12P 類別：4位一體共陰 規(guī)格：長寬 管腳標(biāo)號(hào)：12986公共腳、A1BC4 DEFGDP3 在本設(shè)計(jì)中采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速，使得與這兩個(gè)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(duì)交替時(shí)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(hào)，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(cè)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(gè)部分，即由穩(wěn)壓源、霍爾電勢(shì)發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器以及輸出級(jí)組成。雙穩(wěn)態(tài)傳感器具有兩組對(duì)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(duì)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(shí)，V0為高電平；當(dāng)外磁場(chǎng)增至BOP時(shí)，輸出V0由高電平轉(zhuǎn)為低電平。外磁場(chǎng)由BOP降至BrP時(shí)，輸出V0由低電平反向，BrP被稱為釋放點(diǎn)。對(duì)于UGN3020，BOP=，BRP=，VOL=80～150mV，VOH=4V，～24V。UGN3020可組成轉(zhuǎn)速計(jì)探頭。該探頭由霍爾元件UGN3020和磁鋼組成測(cè)量電路。將具有10個(gè)齒的圓盤固定于被測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)主軸上。當(dāng)圓盤齒經(jīng)過測(cè)量磁路的間隙時(shí)，霍爾元件輸出高電平，其他時(shí)間輸出為低電平；這樣圓盤每轉(zhuǎn)一周，電路輸出10個(gè)脈沖，脈沖經(jīng)過分頻后，用頻率計(jì)即可測(cè)出被測(cè)對(duì)象的實(shí)際轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)采用的測(cè)速電路原理圖如下圖27所示：圖27 測(cè)速電路 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的為了高效控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)，我們?cè)谶@里采用ULN2003為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號(hào)。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(jì)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(jì)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：參數(shù)名稱符號(hào)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℃表23 ULN2003主要特性表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(shí)驅(qū)動(dòng)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(dòng)各種類型的負(fù)載。功率驅(qū)動(dòng)電路是功率電子設(shè)備輸出電路的一個(gè)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(dòng)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(gè)管腳中每時(shí)刻只有一個(gè)管腳處于導(dǎo)通狀態(tài)（采用單拍方式對(duì)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(gè)引出端導(dǎo)通。該系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)原理圖如圖210：圖2
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