【文章內(nèi)容簡介】 反轉(zhuǎn)： 1000 1001 0001 0011 0010 0110 0100 1100 給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一步所轉(zhuǎn)的角度稱為步距角，常用θ表示。 θ=360176。/(Z*N) （31）其中，Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；N為一個周期的運(yùn)行拍數(shù)。如上述的二相8拍方式，則其步距角為360176。/（50*8）=176。 兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整控制脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。本設(shè)計(jì)中在各脈沖之間加入延時(shí)函數(shù)，通過改變該延時(shí)函數(shù)的大小達(dá)到控制速度的目的。其轉(zhuǎn)速n為： n=60f/ZN=60f*360176。/(ZN*360176。)=(θ/6176。)f （r/min） （32） 基于TA8435H芯片的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分方式 （1） TA8435芯片特點(diǎn) TA8435是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動專用芯片,該芯片具有以下特點(diǎn)： ①工作電壓范圍寬(10～40 v)。 ②輸出電流可達(dá)1．5 A(平均)和2．5 A(峰值))。 ③具有整步、半步、1／4細(xì)分、1／8細(xì)分運(yùn)行方式可供選擇。 ④采用脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式。 ⑤具有正／反轉(zhuǎn)控制功能。 ⑥帶有復(fù)位和使能引腳。 ⑦可選擇使用單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入。其原理圖如下。 TA8435原理圖 ,TA8435主要由1個解碼器、2個橋式驅(qū)動電路、2個輸出電流控制電路、2個最大電流限制電路、1個斬波器等功能模塊組成。 （1） TA8435細(xì)分工作原理。 TA8453細(xì)分工作原理圖,第一個CK時(shí)鐘周期時(shí),解碼器打開橋式驅(qū)動電路,電流從VMA流經(jīng)電機(jī)的線圈后經(jīng)RNFA后與地構(gòu)成回路,由于線圈電感的作用,電流是逐漸增大的,所以RNFB上的電壓也隨之上升。當(dāng)RNFB上的電壓大于比較器正端的電壓時(shí),比較器使橋式驅(qū)動電路關(guān)閉,電機(jī)線圈上的電流開始衰減,RNFB上的電壓也相應(yīng)減小。當(dāng)電壓值小于比較器正向電壓時(shí),橋式驅(qū)動電路又重新導(dǎo)通,如此循環(huán),電流不斷的上升和下降形成鋸齒波,。另外由于斬波器頻率很高,一般在幾十kHz,其頻率大小與所選用電容有關(guān)。在OSC作用下．電流鋸齒波紋是非常小的,可以近似認(rèn)為輸出電流是直流。在第2個時(shí)鐘周期開始時(shí),輸出電流控制電路輸出電壓Ua達(dá)到第2階段,比較器正向電壓也相應(yīng)為第2階段的電壓,因此,流經(jīng)步進(jìn)電機(jī)線圈的電流從第l階段也升至第二階段2。電流波形如圖IA第2部分。第3時(shí)鐘周期,第4時(shí)鐘周期TA8435的工作原理與第2是一樣的,只是又升高比較器正向電壓而已,輸出電流波形如圖IA中第4部分。如此最終形成階梯電流,加在線圈B上的電流,。在CK一個時(shí)鐘周期內(nèi),流經(jīng)線圈A和線圈B的電流共同作用下,步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一個細(xì)分步。（2）步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 。 單片機(jī)與TA8453連接控制步進(jìn)電機(jī)原理圖引腳M1和M2決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動方式：MI=0、M2=O,電機(jī)按整步方式運(yùn)轉(zhuǎn)。Ml=M2=0,電機(jī)按半步方式運(yùn)轉(zhuǎn)。M1=O、M2=1,電機(jī)按1／4細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)。Ml=M2=1,電機(jī)按l／8步細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)。CW／CWW控制電機(jī)轉(zhuǎn)動方向,CKl、CK2時(shí)鐘輸入的最大頻率不能超過5 kHz。控制時(shí)鐘的頻率,即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)動速率。REFIN為高電平時(shí),NFA和NFB的輸出電壓為0．8 V,REFIN為低電平時(shí),NFA和NFB輸出電壓為0．5 V,這2個引腳控制步進(jìn)電機(jī)輸入電流,電流大小與NF端外接電阻關(guān)系式為：,Io=Vref／Rnf。圖中,設(shè)REFIN=l,選用步進(jìn)電機(jī)額定電流為0．4 A,Rl、R2選用1．6 Ω、2W的大功率電阻,O、C兩線不接。步進(jìn)電機(jī)按二相雙極性使用,四相按二相使用時(shí)可以提高步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。D1～D4快恢復(fù)二極管用來泄放繞組電流?！? 實(shí)際中的步進(jìn)電機(jī)[6]： BYJ系列永磁減速步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表本設(shè)計(jì)中所用電機(jī)為4相6線式28BYJ48步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動方式為4相8拍，12相勵磁。程序中的脈沖代碼為：tab[]={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01}。 （正轉(zhuǎn)） ftab[]={0x09,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08}。 （反轉(zhuǎn)） ULN2003驅(qū)動電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)字元件，易于和單片機(jī)接口，但是51單片機(jī)輸出電流很難驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，必須另外設(shè)置驅(qū)動電路才行。對于小功率步進(jìn)電機(jī)，常采用專用驅(qū)動IC芯片ULN2003系列（包括ULN2003/ULN280ULN2004/ULN2804）或L298等，其中ULNXX03系列是TTL電平，而ULNXX04系列是CMOS電平[7]。下面介紹ULN2003A。 ULN2003A是高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列，由7個硅NPN達(dá)林頓管構(gòu)成，其引腳示意圖如圖所示。 ULN2003A系列引腳示意圖該電路圖的特點(diǎn)如下：（1），在5 V工作電壓下它能與TTL和COMS電路直接連接，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。（2）工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能在關(guān)態(tài)時(shí)承受50 V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。 任務(wù)分析 根據(jù)要求，本任務(wù)采用5個獨(dú)立按鍵控制電機(jī)，分別為加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。步進(jìn)電機(jī)使用4相6線式，驅(qū)動芯片采用ULN3002A，~~4引腳上（即4個反向器輸入端）。ULN2003A的輸出依次連接到步進(jìn)電機(jī)的A、B、/A、/B這4根線上。ULN2003A的端與步進(jìn)電機(jī)的公共端連接到工作電源上[8]。 ULN2003驅(qū)動電路 串口無線模塊控制電路的設(shè)計(jì) 串口無線模塊 串口無線模塊，簡單地說是可以通過串口來進(jìn)行無線通信的模塊，一般是由無線收發(fā)芯片和一個帶串口的單片機(jī)組成，用戶只要了解串口通信，無需了解復(fù)雜的無線通訊知識，就能完成無線通信產(chǎn)品的開發(fā)。最普遍的應(yīng)用是取代原來的有線的RS23RS485通信，采用串口無線模塊， 不用布線，能大大節(jié)省材料和人工成本，安裝十分方便，基本上是無縫連接，所以該模塊應(yīng)用十分地廣泛。 串口模塊有TTL電平、RS232電平、RS485電平，使用時(shí)需區(qū)分接口類型。如要和電腦連接，可以采用USB轉(zhuǎn)TTL模塊、USB轉(zhuǎn)232模塊、USB轉(zhuǎn)485模塊和串口模塊對接就可以了。常見的YB4000發(fā)射功率是4W的大功率串口透傳無線模塊，它支持RS23TTL接口2種模式，最遠(yuǎn)距離可以到6千米，它是真正的串口透傳工作模式，沒有數(shù)據(jù)包大小限制，延時(shí)短，約30ms左右。（1） 無線數(shù)傳模塊 TTL 本設(shè)計(jì)中使用的是無線數(shù)傳模塊 TTL，下面簡單加以介紹。該模塊的出廠默認(rèn)配置如下： 工作頻率傳輸速率9600bps發(fā)射功率20dbm（100mw）串口速率9600bps數(shù)據(jù)位8bits停止位1bit奇偶校驗(yàn)位無 TTL接口的模塊可以直接連接單片機(jī)的TxD、RxD收發(fā)數(shù)據(jù)，要連接電腦串口可以選擇232模塊，如果電腦沒有串口，可以通過USB轉(zhuǎn)接模塊連接電腦。模塊可以通過PC軟件來配置相關(guān)參數(shù)，同時(shí)也能通過UART接口在線設(shè)置相關(guān)參數(shù)。如：工作頻段、信道，無線傳輸速率，發(fā)射功率，串口傳輸速率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶效驗(yàn)位，NET ID，NODE ID等。通訊協(xié)議詳見編程手冊。 通訊協(xié)議詳見編程手冊參數(shù)字節(jié)數(shù)說明工作頻段1433MHz / 470MHz / 868MHz / 915MHz信道11 ~ 40無線傳輸數(shù)率11200/2400/4800/9600/14400/19200/38400 bps發(fā)射功率10~7級UART數(shù)率11200/2400/4800/9600/14400/19200/38400 bpsUART數(shù)據(jù)位17位，8位，9位UART停止位11位，2位UART奇偶校驗(yàn)位1No,Odd,Even（2） 數(shù)據(jù)傳輸 當(dāng)模塊處于可傳輸數(shù)據(jù)狀態(tài)，主機(jī)可以通過串口來收發(fā)數(shù)據(jù)。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與正確性，需注意以下幾點(diǎn)： a無線傳輸匹配：同網(wǎng)絡(luò)中的模塊保證正常通訊，必須頻段、信道、NET ID都需要設(shè)置一致。 b無線通信中數(shù)據(jù)的延遲:由于無線通信發(fā)射端是從終端設(shè)備接收到一定量數(shù)據(jù)后，或等待一定的時(shí)間沒有新數(shù)據(jù)才開始發(fā)射，無線通信發(fā)射端到無線通信接收端存在著延遲，另外從無線通信接收端到終端設(shè)備也需要一定的時(shí)間，但同樣的條件下延遲時(shí)間是固定的(具體時(shí)間是由串口速率，空中速率的大小決定)。c數(shù)據(jù)流量:模塊內(nèi)部設(shè)有200字節(jié)的緩沖區(qū)，當(dāng)串口數(shù)率小于等于無線傳輸速率時(shí)可保證數(shù)據(jù)的傳輸順暢，但若串口速率大于無線傳輸速率時(shí)，連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)超過緩沖區(qū)大小則可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。因此如需連續(xù)發(fā)送大量數(shù)據(jù)時(shí)，為避免數(shù)據(jù)丟失或錯誤，可在設(shè)置參數(shù)時(shí)使串口傳輸速率不超過無線傳輸速率。 另外，當(dāng)CS腳置為低時(shí)，模塊處于休眠狀態(tài)，此時(shí)不能對其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，也不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，模塊在這個狀態(tài)下模塊功耗在5uA以下。 串行通信 通常通信的形式可以分為兩種，一種為并行數(shù)據(jù)通信，另一種則為串行數(shù)據(jù)通信。并行數(shù)據(jù)通信一次的傳輸量為8個位(1個字節(jié))，而串行數(shù)據(jù)通信則是一次只傳輸1位。 并行數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送的通信方式。其優(yōu)點(diǎn)是傳送速度快；缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少根傳送線。 串行數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送的通信方式，它的突出優(yōu)點(diǎn)是只需一對傳送線，這樣就大大降低了傳送成本，特別適應(yīng)于遠(yuǎn)距離通信；其缺點(diǎn)是傳送速度較低。假設(shè)并行傳送N位數(shù)據(jù)所需時(shí)間為T，那么串行傳送的時(shí)間至少為N*T。 （1）89C51單片機(jī)的串行口的結(jié)構(gòu) MCS51單片機(jī)內(nèi)部有一個全雙工的串行通信口，即串行接收和發(fā)送緩沖器(SBUF)，這兩個在物理上獨(dú)立的接發(fā)送器，既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器剛只能寫入不能讀出。這個通信口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可以實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在傳行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口。 89C51單片機(jī)的串行口的結(jié)構(gòu) 串行口有兩個物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H ；接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)；發(fā)送緩沖器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動的，不會產(chǎn)生重疊錯誤。 （2） 89C51串行口的控制寄存器 特殊功能寄存器SCON SCON 是一個特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志，字節(jié)地址為98H。 SCON寄存器位76543210 字節(jié)地址：98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TI RISCON SM0和SM1為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式。 串口通信4種工作方式SM0SM1方式說明波特率000移位寄存器fosc/1201110位異步收發(fā)器(8位數(shù)據(jù))可變10211位異步收發(fā)器(9位數(shù)據(jù))fosc/64或fosc/3211311位異步收發(fā)器(9位數(shù)據(jù))可變 SM2為多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3。當(dāng)接收機(jī)的SM2=1時(shí)可以利用收到的RB8來控制是否激活RI（RB8＝0時(shí)不激活RI，收到的信息丟棄；RB8＝1時(shí)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF，并激活RI，進(jìn)而在中斷服務(wù)中將數(shù)據(jù)從SBUF讀走）。當(dāng)SM2=0時(shí)，不論收到的RB8為0和1，均可以使收到的數(shù)據(jù)進(jìn)入SBUF，并激活RI（即此時(shí)RB8不具有控制RI激活的功能）。通過控制SM2，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。 在方式0時(shí)，SM2必須是0。在方式1時(shí)，若SM2=1，則只有接收到有效停止位時(shí)，RI才置1。 REN為允許串行接收位。由軟件置REN=1，則啟動串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置REN=0，則禁止接收。 TB8用在方式2或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，可以用軟件規(guī)定其作用?？梢杂米鲾?shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位，或在多機(jī)通信中，作為地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位(在方式0和方式1中，該位未用) 。 RB8用在方式2或方式3中，是接收到數(shù)據(jù)的第九位，作為奇偶校驗(yàn)位或地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。在方式1時(shí)，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位。 TI，發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開始時(shí)，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)中斷申請。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清0，取消此中斷申請。 RI，接收中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行接收第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行接收停止位的中間時(shí)，由內(nèi)部硬件使RI置1，向CPU發(fā)中斷申請。也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請。 特殊功能寄存器PCON PCON的字節(jié)地址為87H，它的第7位SMOD是與串口通信波特率的設(shè)置有關(guān)的選擇位。SMOD()為波特率倍增位。在串行口方式方式方式3時(shí)，波特率