基于單片機的步進電機控制電路設(shè)計論文(編輯修改稿)
2024-07-19 16:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 C51單片機優(yōu)點：超低功耗超強抗干擾，超強抗靜電輸入輸出口多，最多有40個I/O速度快，1個時鐘/機器周期，可用低頻率晶振 鍵盤控制電路鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機的主要手段。鍵盤實質(zhì)是一組按鍵開關(guān)的集合。鍵盤所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，利用了機械觸點的合、斷作用。一個電壓信號在機械觸點的斷開、閉合過程中，都會產(chǎn)生抖動，一般為5—10ms；兩次抖動之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時間由按鍵動作所決定；第一次抖動前和第二次抖動后為斷開狀態(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。通過對輸出電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。在本設(shè)計中，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，還為每個按鍵相應(yīng)增加了發(fā)光二極管，按鍵斷開時，發(fā)光二極管滅，當有鍵閉合時，相應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。為了確保單片機對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除抖動的影響。消除按鍵抖動通常采用硬件、軟件兩種方法。由于硬件消抖電路設(shè)計復雜，本設(shè)計中沒有采用，在此不再詳細敘述；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)光的半導體器件，其導電性質(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。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。當陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平時則不點亮。（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。當陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平時則不點亮。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)碼管提供導通回路，通過對交替時間的控制實現(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B=0時，V0為高電平；當外磁場增至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。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際轉(zhuǎn)速。本設(shè)計采用的測速電路原理圖如下圖27所示：圖27 測速電路 步進電機驅(qū)動電路本系統(tǒng)的設(shè)計目的為了高效控制步進電機的轉(zhuǎn)動，因此需要將單片機發(fā)出的脈沖轉(zhuǎn)化為步進角度，才能控制步進電機轉(zhuǎn)動，我們在這里采用ULN2003為步進電機提供脈沖信號。ULN2003七NPN達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、打印機錘和其他類似負載間的接口的理想器件。廣泛用于計算機，工業(yè)和消費類產(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)計與標準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：ULN2003芯片是高耐壓、大電流達林頓陣列，由7組達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芯片高壓大電流達林頓晶體管陣列產(chǎn)品屬于可控大功率器件。步進電機驅(qū)動電路的工作過程是：首先從P1口輸出00000001B，—，所以ULN2003與單片機連接的四個管腳中每時刻只有一個管腳處于導通狀態(tài)（采用單拍方式對步進電機控制），其他管腳處于斷開狀態(tài)。這樣就使得與ULN2003連接的步進電機只有一個引出端導通。該系統(tǒng)驅(qū)動原理圖如圖210：圖2
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