【文章內(nèi)容簡介】 具有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性。這是目前使用較多、效果較好的一種功率接口。圖35是斬波恒流功率接口原理圖。圖中R是一個(gè)用于電流采樣的小阻值電阻，稱為采樣電阻。當(dāng)電流不大時(shí)，VT1和VT2同時(shí)受控于走步脈沖，當(dāng)電流超過恒流給定的數(shù)值，VT2被封鎖，電源U被切除。由于電機(jī)繞組具有較大電感，此時(shí)靠二極管VD續(xù)流，維持繞組電流，電機(jī)靠消耗電感中的磁場能量產(chǎn)生出力。此時(shí)電流將按指數(shù)曲線衰減，同樣電流采樣值將減小。當(dāng)電流小于恒流給定的數(shù)值，VT2導(dǎo)通，電源再次接通。如此反復(fù)，電機(jī)繞組電流就穩(wěn)定在由給定電平所決定的數(shù)值上，形成小小的鋸齒波，如圖35所示。 圖35 斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口 斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口也有兩個(gè)輸入控制信號(hào)，其中u1是數(shù)字脈沖，u2是模擬信號(hào)。這種功率接口的特點(diǎn)是：高頻響應(yīng)大大提高，接近恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，共振現(xiàn)象消除，但線路較復(fù)雜。目前已有相應(yīng)的集成功率模塊可供采用。 目前已有多種用于小功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的集成功率驅(qū)動(dòng)接口電路可供選用。例如集成H橋式驅(qū)動(dòng)器L298芯片，集成達(dá)林頓管ULN2003A極電極開路驅(qū)動(dòng)芯片等。由于ULN2003A具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)，而且集成有續(xù)流二極管等特點(diǎn)，以及其對(duì)單片機(jī)的專用性。本課題選擇ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片 圖36 ULN2003邏輯圖 圖37 ULN2003內(nèi)部電路圖 由圖3圖37可知，ULN2003A其本質(zhì)是一個(gè)基于三極管的非門電路芯片。在驅(qū)動(dòng)過程中，ULN2003起到將控制信號(hào)功率放大和信號(hào)反相的作用。進(jìn)而穩(wěn)定地將步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)平穩(wěn)有效地送給步進(jìn)電機(jī)，確保步進(jìn)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 第4章 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件組成及具體驅(qū)動(dòng)方案分析 關(guān)于80C52單片機(jī)的介紹 單片機(jī)以其體積小、功能齊全、價(jià)格低廉、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。即使非電子計(jì)算機(jī)專業(yè)人員，通過學(xué)習(xí)一些專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)以后也能依靠自己的技術(shù)力量，來開發(fā)所希望的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。故在本次設(shè)計(jì)中采用了其中的低功耗型80C52單片機(jī)。 該系列單片機(jī)是采用高性能的靜態(tài)80C52設(shè)計(jì)，由先進(jìn)CMOS工藝制造，并帶有非易失性Flash程序存儲(chǔ)器，全部支持12時(shí)鐘和6時(shí)鐘操作，P89C51X2和P89C52X2/54X2/58X2 分別包含128 字節(jié)和256 字節(jié)RAM、32 條I/O 口線、3 個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、6 輸入4 優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1 個(gè)串行I/O 口、可用于多機(jī)通信 I/O 擴(kuò)展或全雙工UART以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路?？蓪?shí)現(xiàn)兩個(gè)由軟件選擇的節(jié)電模式—空閑模式和掉電模式，空閑模式凍結(jié)CPU，但RAM定時(shí)器、串口和中斷系統(tǒng)仍然工作；掉電模式保存RAM的內(nèi)容，但是凍結(jié)振蕩器，導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。 其主要結(jié)構(gòu)組成如下： 1．中央處理器（CPU） 2．內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM） 3．內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM） 4．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5．并行I/O口 6．串行口 7．時(shí)鐘電路 8．中斷系統(tǒng) 9．外接晶體引腳 圖41 80C52單片機(jī)管腳圖 圖42 80C52單片機(jī)工作系統(tǒng)圖 單片機(jī)管腳如圖41所示，下面對(duì)其各個(gè)管腳進(jìn)行必要的說明。 P0、PPP3口的電平與CMOS和TTL電平兼容。 P0口的每一位口線可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。在作為通用I/O口時(shí)，由于輸出驅(qū)動(dòng)電是開漏方式，由集電極開路（OC門）電路或漏極開路電路驅(qū)動(dòng)時(shí)需外接上拉電阻；當(dāng)作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，口線輸出不是開漏的，無須外接上拉電阻。 PPP3口的每一位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。它們的輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)有內(nèi)部上拉電阻，所以可以方便地由集電極開路（OC門）電路或漏極開路電路所驅(qū)動(dòng)，而無須外接上拉電阻。 當(dāng)CPU不對(duì)P3口進(jìn)行字節(jié)或位尋址時(shí)，內(nèi)部硬件自動(dòng)將口鎖存器的Q端置1。這時(shí)，P3口作為第二功能使用。 ：RXD（串行口輸入）； ：TXD（串行口輸出）； ：外部中斷0輸入； ：外部中斷1輸入； ：T0（定時(shí)器0的外部輸入）； ：T1（定時(shí)器1的外部輸出）； ：（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫”選通控制輸出）； ：（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀”選通控制輸出）。 EA/VPP：訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，當(dāng)其為低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)其為高電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部存儲(chǔ)器開始的，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。 ALE/PROG：編程脈沖 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，在讀外部ROM時(shí)PSEN是低電平有效，以實(shí)現(xiàn)對(duì)ROM 的讀操作。 RST/VPD：復(fù)位信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)延續(xù)2個(gè)周期以上的高電平有效，用以完成單片機(jī)復(fù)位初始化操作。 XTAL : 時(shí)鐘晶振輸入端。 圖43 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 由圖43可知，本系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度，將這些參數(shù)和控制程序通過數(shù)據(jù)串口燒錄到單片機(jī)中。按鈕和單片機(jī)的控制信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路，輸入至步進(jìn)電機(jī)，控制步進(jìn)電機(jī)的速度。電源和變壓整流電路為單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片的正常工作提供安全穩(wěn)定的直流高電平。 為了方便闡述，本節(jié)按照步進(jìn)電機(jī)輸入信號(hào)要求，控制信號(hào)功率的放大，單片機(jī)控制信號(hào)的輸出和編程的順序分析其工作過程。 圖44 28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)接線指示圖 表41步進(jìn)電機(jī)輸入信號(hào)分布表連線序號(hào)導(dǎo)線顏色 分配順序12345紅++++4橙++——3黃+——+2粉——++1藍(lán)—++— 如圖44所示，28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)接內(nèi)部共有四相線圈，其中Vcc端共接在一起，為紅線。四相線圈的控制信號(hào)輸入端按順序依次為藍(lán)、粉、黃、橙。為方便編程與描述，本文采用單片機(jī)的雙四拍運(yùn)行時(shí)序，則其通電線圈按照時(shí)序依次為：藍(lán)粉、粉黃、黃橙、橙藍(lán)。其輸入信號(hào)分布如表41所示。以此時(shí)序，按照一定的頻率，步進(jìn)電機(jī)就可穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動(dòng)。 單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這是由于單片機(jī)I/O接口輸出功率很小，輸出信號(hào)不穩(wěn)定。因此就必須在單片機(jī)I/O接口下方接功率驅(qū)動(dòng)單元。按照前文所述，本文選擇具有信號(hào)放大，信號(hào)反相功能的ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片。 圖45 ULN2003電路圖（含負(fù)載） 由圖45所示，ULN2003A本質(zhì)為達(dá)林頓管，其中Q1，Q2，R2，R3本質(zhì)為以放大倍15數(shù)被加大的三極管。因此，當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這時(shí)負(fù)載左端，即芯片的信號(hào)輸出端為低電平，因此ULN2003A為反相輸出。 此時(shí)負(fù)載中有電流產(chǎn)生。在本文中，負(fù)載即為步進(jìn)電機(jī)的某一相線圈，所以當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，與之相連的步進(jìn)電機(jī)線圈中有電流產(chǎn)生；當(dāng)輸入信號(hào)為低平時(shí)，負(fù)載左端即信號(hào)輸出端為高電平，負(fù)載中無電流產(chǎn)生，即與之相連的步進(jìn)電機(jī)線圈不工作。 又因?yàn)檫_(dá)林頓管放大倍數(shù)為兩個(gè)三極管放大倍數(shù)之積，達(dá)到比較可觀的功率放大作用。綜上，將單片機(jī)四個(gè)I/O接口連接至ULN2003A輸入接口，就將控制步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)放大反相。使得步進(jìn)電機(jī)正常工作。 考慮到步進(jìn)電機(jī)正常工作所需要的時(shí)序分布以及ULN2003A的反相所用，單片機(jī)的輸出信號(hào)以及相應(yīng)的輸出端口如表42所示。為了實(shí)際電路中連線方便，。 表42單片機(jī)輸出信號(hào)分布表輸入接口對(duì)應(yīng)導(dǎo)線顏色 分配順序一二三四橙0011黃0110粉1100藍(lán)1011對(duì)應(yīng)16進(jìn)制數(shù)0xF30