【文章內(nèi)容簡介】 9015 三極管 放大信號可較好的解決 AT89S51 程,程序簡練精制,無須連接外部 RAM,簡化了邏輯電路. 我們反對簡單問題復雜化,本作品邏輯控制電路力求簡潔明了,如下圖 215 及圖 27 為控制電路一和二. 圖 215 控制電路一第 14 頁抗干擾設計 由于電機工作,電磁感應強烈。 擾較為強烈,故須對其做抗干擾設計. 為增加系統(tǒng)的抗電磁干擾能力采取如下措施: ① 選用頻率低的微控制器 越容易發(fā)射出成為噪聲源,微控制器產(chǎn)生的最有影響的高頻噪聲大約是時鐘頻率的 3 倍. ② 減小信號傳輸中的畸變 將一個門的輸出端通過一段很長的導線引到輸入阻抗相當高的輸入端,反射問題就很 嚴重,它會引起信號畸變,阻抗匹配等問題. ,其延遲時間不應大于所用器件的 標稱延遲時間. ③ 減小信號線間的交叉干擾 特性阻抗與信號線到地間的介質(zhì)的介電常數(shù)的平方成反比,與介質(zhì)厚度的自然對數(shù)成 ,模擬信號線下方要有大面積的地,模擬 信號線到數(shù)字電路信號線的距離要大于模擬信號線與地距離的 2~3 , 在有引結(jié)的一面引線左右兩側(cè)布以地線. ④ 減小來自電源的噪聲 電源在向系統(tǒng)提供能源的同時, 復位線,中斷線, 源進入電路,即使電池供電的系統(tǒng), 受不住來自電源的干擾. ⑤ 元件布置要合理分區(qū) 元件在線路板上排列的位置要充分考慮抗電磁干擾問題,原則之一是各部件之間的引 ,要把模擬信號部分,高速數(shù)字電路部分,噪聲源部分(如繼電器, 大電流開關等)這三部分合理地分開,使相互間的信號耦合為最小. 電路板上, 地,數(shù)字地,大功率器件地線開分,是指布線分開,而最后都匯集到這個接地點上來. 對噪聲和干擾非常敏感的電路或高頻噪聲特別嚴重的電路應該用金屬罩屏蔽起來. ⑥ 注意線路板與元器件的高頻特性 在高頻情況下,線路板上的引線,過孔,電阻,電容,接插件的分布電感與電容等不 , 射, 引線的分布電容會起作用, 當長度大于噪聲頻率相應波長的 1/20 時, 就產(chǎn)生天線效應, 噪聲通過引線向外發(fā)射. 對我們實際操作中出現(xiàn)的干擾問題,我們采用了以下幾個方案進行處理: a b 創(chuàng)新性的使用二極管死區(qū)電壓屏蔽微小干擾電壓。 晶振電路貼近邏輯控制芯片。 第 15 頁c 在程序中采用多次檢測確定的辦法防止因干擾引起的誤操作. 操作手柄設計 鍵盤是計算機不可缺少的輸入設備,是實現(xiàn)人機對話的紐帶,借助鍵盤可以向計算機 系統(tǒng)輸入程序,置數(shù),送操作命令,控制程序的執(zhí)行走向等,所以應用極為廣泛. (1) 鍵盤的工作原理 在單片機的應用系統(tǒng)小,除了復位按鍵有專門的復位電路和專門的復位功能外,其它 ,這些開關不只是簡單的電 平輸入. ① 鍵盤輸入原理 當所設置的功能或數(shù)字鍵按下時, ,例如以智能儀表來說,鍵輸入 程序是整個應用程序的核心部分. 對于一組鍵或一個鍵盤,總有一個接口電路與 CPU 可以來用查詢或中斷 的方式了解有無鍵輸入并檢查是哪一個鍵按下,將該鍵號送入累加器 A,然后通過散轉(zhuǎn)指 . ② a 鍵輸入接口與軟件應完成的任務 鍵開關狀態(tài)的可靠輸入 鍵輸入接口與軟件應可第5頁. 目前,無論是按鍵或鍵盤,大部分都是利用機械觸點的合, 性作用的影響,在閉合及斷開瞬間均有抖動過程,從而使電壓信號也出現(xiàn)抖動,如圖 216 ,一般為 5~10ms. 按鍵的穩(wěn)定閉合時間,由操作人員的按鍵動作所確定,一般為十分之幾,確保 CPU 一 次閉合,僅作一次鍵輸入處理,必須消除抖動的影響. 消除抖動影響的措施通?？赏ㄟ^硬件,軟件兩種方法實現(xiàn). 圖 216 鍵閉合及斷開時的電壓波動 b 對按鍵進行編碼以給定鍵值或直接給出鍵號 一組按鍵或鍵盤都要通過 I/O ,采用不第 16 頁,以及采用什么編碼,最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值 相對應的鍵值,以實現(xiàn)按鍵功能程序的散轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移(相應的散轉(zhuǎn)指令為 JMP @A+DPTR) . c 編制鍵盤程序 一個完善的鍵盤控制程序應完成下述任務: 監(jiān)測有無鍵按下。 有鍵按下后,在無硬件去抖動電路的情況下,應用軟件延時方法除去抖動影響。 有可靠的邏輯處理辦法,如 n 鍵鎖定,即只處理一個鍵,其間任何按下又松開的鍵 不產(chǎn)生影響,不管一次按鍵持續(xù)有多長時間,僅執(zhí)行一次按鍵功能程序。 (2) 獨立式按鍵 獨立式按鍵是指直接用 I/O I/O 口線,每根 I/O 口線的工作狀態(tài)不會影響其它 I/O 圖 217 所示. 圖 217 獨立式按鍵電路 獨立式按鍵電路配置靈活,軟件結(jié)構簡單,但每個按鍵必須占用一根 I/O 口線,在按 鍵數(shù)量較多時,I/O 口線浪費較大,故只在按鍵數(shù)量不多時采用這種按鍵電路. 圖 218 控制面板  第 17 頁此電路中,按鍵輸入采用低電平有效,上拉電阻保證了按鍵斷開時,I/O 口線上有確 I/O 口內(nèi)部有上拉電阻時,外電路可以不配置上拉電阻. 考慮到操作手柄是拿在手里的,要與伺服小車車體分離,中間只通過一根兩米長的排 線相連,還要有一些相 應的開關電路, 218 所示的開關控制面 板. 控制電路總成 伺服小車控制系統(tǒng)的控制電路分為以下幾部分。 (1) (2) (3) (4) 單片機 AT89S51 電機驅(qū)動模塊 LED 指示燈 按鍵輸入 在電源設計上使用鋰離子電池供電,該電池充滿電壓 ,工作電壓 ,單片機的 工作電壓為 5V,超出控制電路的工作電壓,因此利用 L7805CV 這個穩(wěn)壓芯片得到穩(wěn)定的 5V 電輸出. 完整的控制電路如圖 219 所示: 圖 219 伺服小車的控制系統(tǒng)電路圖 伺服小車的控制系統(tǒng)電路圖的控制原理如下表 23 K1,K2,K3,K4  第 18 頁之一后,執(zhí)行相應的程序,電機做正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn),LED 指示燈也會根據(jù)執(zhí)行的程序的不同而 產(chǎn)生相應的閃爍,最終,不同的 LED 指示燈的閃爍就表示小車不同動作. 表 23 伺服小車控制原理 車體動作 前進 后退 左轉(zhuǎn) 右轉(zhuǎn) 左伺服機 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 右伺服機 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 電源電路設計 我們的設計采用純電力驅(qū)動,符合環(huán)保要求,將來可考慮采用太陽能電池或其他環(huán)保 電源,進一步迎合當今對環(huán)境保護日益看重的機械設計理念. 在電路設計中,一般我們很關心信號的質(zhì)量問題,但有時我們往往局限在信號線上進 行研究,而把電源和地當成理想的情況來處理,雖然這樣做能使問題簡化,但在高速設計 中, 來的, ,而且很多情況下,影響信號畸 變的主要原因是電源系統(tǒng). 根據(jù)對電子產(chǎn)品失效分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,電源的失效率占據(jù)了非常高的比例,往往 是名列前茅的,這一方面說明了電源的可靠性比較低,另外一個方面也說明了只要提高了 電源的可靠性,就可以大幅提高整個產(chǎn)品的可靠性. 當高速器件的邊緣速率低于 時,來自大容量數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)交換速率特別快, 當它在電源層中產(chǎn)生足以影響信號的強波紋時, 的電流變化時,由于回路電感會產(chǎn)生一個電壓,當上升沿縮短時,電流變化率增大,地反 ,地平面(地線)已經(jīng)不是理想的零電平,而電源也不是理想的直流電位. 當同時開關的門電路增加時,反饋到同時切換的 I/O 驅(qū)動器 的電源和地回路的電感必須盡可能的低,否則,連到相同的地上的靜止將出現(xiàn)一個電壓毛 ,如芯片,封裝,連接器或電路板上都有可能會出現(xiàn)地反彈,從而導 致電源完整性問題. 從技術的發(fā)展角度來看,器件的上升沿將只會減少, ,芯片,意味著,移到一個陣列 晶片,盡可能多地放置電源和地,且到封裝的連線盡可能短,封裝, 意味著移動 層封裝,意味著使用更多的地引 腳或重新設計連接器使其具有內(nèi)部的電源和地平面, 板,所以盡可能使電 源和地的連線縮短將降低地噪聲. 本電路電源部分創(chuàng)新的采用了統(tǒng)一電源供電模式,提高了電路的穩(wěn)定性,切合了簡潔 無冗贅的電路設計理念,使能源更合理的應用到所須的地方,用兩個開關可以很好的控制 第 19 頁電源提供的 電和經(jīng)過 L7805CV 產(chǎn)生的 5V 電,從而給單片機系統(tǒng)和電機控制模塊分 別供電,更可以在電路出現(xiàn)故障時分別斷開不同的電路,從而很好的保護電路. 圖 220 電源  第 20 頁3伺服小車的設計 硬件也是車體的重要組成部分,下面對直流電機和相應的減速裝置及車體結(jié)構進行詳 細的說明. 直流電機 作,則稱為直流電機. 直流電機的基本工作原理 任何電機的工作原理都是建立在電磁力和電磁感應這個基礎上的,對直流電機也是如 ,我們把復雜的直流電機結(jié)構簡化為圖 31 所示的工作 ,電樞繞組只是一個線圈,線圈兩端分別聯(lián)在兩個換向片上,換 向片上壓著電刷 A 和 B. 圖 31 直流電機工作原理圖 直流電機運行時(圖 31) , 方向應該是這樣:N 極下的有效邊中的電流總是一個方向,而 S 極下的有效邊中的電流總 ,當 線圈的有效邊從 N(S)極下轉(zhuǎn)到 S(N)極下時, 其中電流的方向必須同時改變, 以使電磁力的 動,當電樞在磁場中轉(zhuǎn)動時,線圈中也要產(chǎn)生感應電動勢. 這個電動勢的方向,由右手定則確定,圖 31 中用虛線箭頭表示與電流或外加電壓的方向 總是相反,后者是電源電動勢, 第 21 頁此而產(chǎn)生電流. 直流電機電樞繞組中的電流(電樞電流 I)與磁通Φ相互作用,產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn) : T=KtΦIa 式中 K 是與電機結(jié)構有關的常數(shù)。 Φ的單位是韋伯。 的單位是安培。 的單位是牛[頓]. I T 米. 本設計中采用的直流電機 在該設計中,直流電機將軸的旋轉(zhuǎn)運動輸入到齒輪箱,然后齒輪箱的輸出軸控制輪子 轉(zhuǎn)動,從而驅(qū)動整個伺服小車的運動. 直流電機上的電壓大小影響它的轉(zhuǎn)速和扭矩. 觀察下圖: 圖 32 直流電動機 TN 圖 直流電機在一定電壓下,如圖 32,在圖中 12V 特性線上取兩個點 J,K,很明顯,Jn Kn, JT (n)變小時,轉(zhuǎn)矩(T)增大,這就叫轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 成反比。如果改變電壓, 一定時(即轉(zhuǎn)矩一定時) ,降低電壓,對應的轉(zhuǎn)速 n1 , n 2 不同, n1 n 2 ,這樣就可實現(xiàn)電 機的調(diào)速. 傳動機構設計 齒輪傳動機構 齒輪, ,首先有一只主動輪先轉(zhuǎn)動起來,轉(zhuǎn)動過程中與另一個從動輪的齒一個一個 的咬合下去,這個與它咬和的齒輪也會跟著旋轉(zhuǎn),這樣運動就從主動輪傳遞到從動輪,這 叫做齒輪的嚙合傳動. 齒輪的種類很多,它們通過不同的配合可以實現(xiàn)不同的傳動類型,如圖 33 傳動類型 示意圖: 第 22 頁 如圖 33 傳動類型示意圖 (c) 圖 33(a)所示的傳動類型能夠改變運動的形式,齒輪是旋轉(zhuǎn)運動,下方的齒條則是直 線運動。 圖 33(b)所示傳動類型能夠改變了旋轉(zhuǎn)運動的速度。 圖 33(c)所示傳動類型不僅改變了運動的速度而且改變了旋轉(zhuǎn)運動的軸線方向