【文章內(nèi)容簡介】 轉(zhuǎn)矩下降。為改善高速運行的電機轉(zhuǎn)矩特性，通常在連接電機繞組的線路中串聯(lián)一個無感電阻來減少電氣時間常數(shù)，同時成比例的增加電源電壓以保持額定電流不變(圖4)。單電壓驅(qū)動電路的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單、元件少、成本低、可靠性高。缺點是串入電阻將加大功耗，降低功放電路的功率，必須具備相應的散熱條件才能保證電路穩(wěn)定可靠的工作。所以這種電路一般僅適合于驅(qū)動小功率步進電機或?qū)Σ竭M電機運行性能要求不高的情況。圖4 單電壓驅(qū)動 高低壓驅(qū)動方式為了改善驅(qū)動器的高頻特性，就必須提高導通電流的前沿，即提高電源電壓，但是電壓提高的同時也會使相繞組電流增大，必須加限制電阻，加入電阻后又會引起發(fā)熱，加劇功率的損耗，降低效率。為了解決這些問題，又產(chǎn)生了高低壓驅(qū)動電路。高低壓驅(qū)動的設計思想是不論電動機的工作頻率如何，在導通相的前沿用高電壓供電來提高電流的前沿上升率，而在前沿過后用低電壓來維持繞組的電流。高低壓驅(qū)動的原理線路如圖5所示。圖5 高低壓驅(qū)動電路原理圖 圖6 斬波驅(qū)動電路原理圖1—整形電路 2—脈沖分配器 3—控制門4—高壓前置放大器 5—低壓前置放大器高低壓驅(qū)動可保證在很寬的頻段內(nèi)繞組都有較大的平均電流，在截止時又能迅速釋放，能夠產(chǎn)生較大的且較穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩。其優(yōu)點是：功耗小，啟動轉(zhuǎn)矩大，高頻性能較好。但是也存在著低頻振蕩加劇，波形呈凹形，驅(qū)動電源和大功率管數(shù)量加倍，成本上升的缺點。 斬波恒流驅(qū)動恒流斬波驅(qū)動控制技術(shù)是目前步進電機控制的主流技術(shù)之一，斬波電路的出現(xiàn)是為了彌補高低壓驅(qū)動電路波形呈凹形的缺陷，使電機的輸出轉(zhuǎn)矩的平均值基本恒定。同時電機的高頻響應得以提高，共振現(xiàn)象減弱。其電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。斬波驅(qū)動中，雖然電路較復雜，但是由于驅(qū)動電壓較高，電機繞組回路又沒有串入電阻，整個系統(tǒng)功耗下降很多，所以電流上升快。當達到所需要的電流時，由于取樣電阻的反饋作用，使繞組電流基本恒定，從而保證在很大的頻率范圍內(nèi)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩基本恒定。而輸出轉(zhuǎn)矩是步進電機的一個重要性能指標，當我們使電機的繞組電流恒定在一個較高的數(shù)值時，就可提升電機的輸出轉(zhuǎn)矩。因此，為克服步進電機在高頻時牽出轉(zhuǎn)矩下降的問題，很多文獻提出了一些新的恒流斬波驅(qū)動設計。但是，恒流斬波技術(shù)不能解決步進電機本身所固有的低頻振動問題，無法克服步進電機因受步距角限制而不能實現(xiàn)多種步距角控制的缺陷。只有與單拍和雙拍運行時相對應的兩種步距角。 方案的確定對比上面的各種方案方案，各有各自的優(yōu)缺點。電流滯環(huán)型由于不需要三角載波環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)實現(xiàn)起來比較簡單。而固定開關(guān)頻率型在電磁噪聲和輸出電流諧波方面具有優(yōu)勢。在實際的步進電機驅(qū)動電路中考慮到成本和驅(qū)動電路精度要求的問題，雙極性步進電機采用H橋驅(qū)動，單極性步進電機采用分立元件構(gòu)成的驅(qū)動電路驅(qū)動。3 混合式步進電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件設計本章在以上章節(jié)的理論分析基礎(chǔ)上，充分從實踐的角度出發(fā)，主要介紹了該混合式步進電機驅(qū)動器的硬件設計部分，對硬件電路的總體設計方案及每個主要組成部分的功能及實現(xiàn)方法進行了詳細的論述和分析。系統(tǒng)的框圖如圖7所示：圖7 系統(tǒng)框圖單片機集成度高，具有豐富的內(nèi)部資源，再加上少量的外圍擴展電路就可以構(gòu)成體積小、可靠性高、控制功能強且性價比高的控制系統(tǒng)。Intel公司一直致力于單片機的開發(fā)研究，不斷推出了許多功能更多，使用更方便的單片機系列，1980年在MCS48的基礎(chǔ)之上推出了完善的、典型的單片機系列MCS51。與MCS48系列相比，MCS51系列單片機有更高的集成度，更豐富的指令系統(tǒng)，更好的可擴展性，以后好多系列的的單片機都是基于51核的。8051單片機是MCS51系列單片機中最基礎(chǔ)的單片機型號，廣泛應用己各個工程領(lǐng)域。本系統(tǒng)便采用了此款單片機。圖8給出了它的最小系統(tǒng)電路圖。圖8單片機最小系統(tǒng) 紅外遙控電路紅外線屬于不可見光。與可見光不同，其波長為85011000nm，是人眼看不見的光線。紅外線遙控器已被廣泛使用在各種類型的家電產(chǎn)品上，它的出現(xiàn)給使用電器提供了很多 的便利。紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設備兩大部分組成。 紅外發(fā)射電路紅外發(fā)射裝置可由鍵盤電路、紅外編碼芯片、電源和紅外發(fā)射電路組成。該電路采用調(diào)幅方式，載波信號頻率采用最常用的38KHZ。當編碼調(diào)制信號為高時，有載波信號輸出；但編碼調(diào)制信號為低時，載波信號不輸出。已調(diào)制的信號為斷續(xù)的等幅信號（調(diào)制載波信號），信號波形如圖9所示。圖9 信號波形圖調(diào)制信號時將指令編碼后輸出的信號。用MC145026做編碼器。電路原理圖如圖10所示：圖10 遙控器發(fā)射電路圖中74LS147是優(yōu)先編碼器。從8條數(shù)據(jù)線（2SW12SW8）輸入的開關(guān)狀態(tài)信號被74LS147編碼為4線BCD碼（8421），再送MC145026，形成串行編碼信號輸出到NE555，產(chǎn)生調(diào)制、載波輸出。圖中R1，C2和電位器D1配合NE555產(chǎn)生38KHZ的載波信號。MC145026發(fā)送串行編碼脈沖。MC145026的引腳A1A5為地址輸入端，每一位都可設定為0，1和“開路”3個狀態(tài)。圖中僅采用了0和“開路”這兩個狀態(tài)，MC145026的地址設置應與解碼器MC145027配對，否則不能解碼。紅外發(fā)射電路板用4節(jié)5號電池供電。紅外發(fā)射電路板到接收器（在主板上）的距離應在10m以內(nèi)，以保證信號的可靠收/發(fā)。 紅外接收電路紅外接收設備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應用電路組成。接收振蕩頻率應與發(fā)射振蕩頻率相同?？紤]到用集成電路（HS0038A2）做紅外接收頭，其載波頻率為38KHZ。與MC145026編碼器配套的解碼器為MC145027。接收電路原理圖如圖11所示：圖11 遙控器接收電路圖中HS0038A2是集成紅外接收頭。因為它的輸出信號與解碼器的輸入信號反向，故加三極管Q1作為反相器。當MC145027收到信號并解碼成功后，其VT端出現(xiàn)高電平，同時輸出解碼后的4位數(shù)據(jù)（HD0HD3）。將VT信號反向，即可產(chǎn)生中斷信號（INT0），向CPU申請中斷。在中斷服務子程序中安排從輸入端口讀取這4位數(shù)據(jù)（HD0HD3）。 LCD顯示電路ST7920是臺灣矽創(chuàng)電子公司生產(chǎn)的中文圖形控制芯片，它是一種內(nèi)置12864－12漢字圖形點陣的液晶顯示控制模塊，用于顯示漢字及圖形。該芯片共內(nèi)置8192個中文漢字（1616點陣）、128個字符的ASCII字符庫（816點陣）及64256點陣顯示RAM（GDRAM）。為了能夠簡單、有效地顯示漢字和圖形，該模塊內(nèi)部設計有2MB的中文字型CGROM和64256點陣的GDRAM繪圖區(qū)域；同時，該模塊還提供有4組可編程控制的1616點陣造字空間；除此之外，為了適應多種微處理器和單片機接口的需要，該模塊還提供了4位并行、8位并行、2線串行以及3線串行等多種接口方式。利用上述功能可方便地實現(xiàn)漢字、ASCII碼、點陣圖形、自造字體的同屏顯示，所有這些功能（包括顯示RAM、字符產(chǎn)生器以及液晶驅(qū)動電路和控制器）都包含在集成電路芯片里，因此，只要一個最基本的微處理系統(tǒng)就可以通過ST7920芯片來控制其它的芯片。ST7920的主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性如下：電源：VDD (－～＋)＋5V(內(nèi)置升壓電路，一般無需負壓)；功耗：正常模式：450μＡ，睡眠模式：3μA，低功耗模式：30μA；顯示內(nèi)容：128列 64行；顯示顏色：黃綠；顯示角度：6：00鐘直視；LCD類型：STN；與MCU接口：8位并行／3位串行；配置有LED背光顯示功能；帶有自動啟動復位按鈕(reset)；軟件功能設置：畫面清除、光標顯示／隱藏、光標歸位、顯示打開／關(guān)閉、顯示字符閃爍、光標移位、顯示移位、垂直畫面旋轉(zhuǎn)、反白顯示