【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3. 四相步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配規(guī)律 目前，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制主要有分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形 脈沖分配器、專(zhuān)用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)進(jìn)行控制，主要是利用軟件進(jìn)行環(huán)形脈沖分配。四相步進(jìn)電機(jī)的工作方式為四相單四拍，雙四 拍和四相八拍工作的方式。本設(shè)計(jì)的電機(jī)工作方式為四相單四拍，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作的時(shí)序和波形圖，總結(jié)出其工作方式為四相單四拍時(shí)的脈沖分配規(guī)律，四相雙四拍的脈沖分配規(guī)律，在每一種工作方式中，脈沖的頻率越高，其轉(zhuǎn)速就越快，但脈沖頻率高到一定程度，步進(jìn)電機(jī)跟不上頻率的變化后電機(jī)會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象，所以脈沖頻率一定要控制在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍內(nèi)。步進(jìn)電機(jī)的四相繞組用 ~，由P1口驅(qū)動(dòng)能力不夠，因而用一片ULN2803增加驅(qū)動(dòng)能力。步進(jìn)電機(jī)電路如圖所示：圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖 鍵盤(pán)電路單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的鍵盤(pán)接口電路一般有兩種方式：行列式鍵盤(pán)和獨(dú)立式鍵盤(pán)。前者適用于需要按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，后者適用于需要按鍵數(shù)量較少的場(chǎng)合。 本系統(tǒng)中采用的獨(dú)立鍵盤(pán)，是用來(lái)對(duì)電纜的長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)定的，同時(shí)鍵盤(pán)也可 以調(diào)整數(shù)碼管顯示值和設(shè)定值之間的相互切換。，在鍵盤(pán)上有七個(gè)鍵，分別是S1S7，其中S3是設(shè)置鍵，S1是加1鍵，S2是減1鍵,S4是手動(dòng)驅(qū)動(dòng)剪刀鍵，S5是模擬外部信號(hào)鍵，S6是手動(dòng)停止剪刀鍵，S7是歸零鍵。程序默認(rèn)設(shè)定初值為00000000。 設(shè)置鍵S3未按下時(shí)，顯示外部模擬長(zhǎng)度信號(hào)d的值。該狀態(tài)下程序禁止定時(shí)器中斷1且開(kāi)啟外部中斷INT0和定時(shí)器中斷T0，若速度值不為零步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)若為自動(dòng)操作狀態(tài)同時(shí)進(jìn)行設(shè)定轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度m與外部模擬長(zhǎng)度信號(hào)d的比較，如果d=m，關(guān)閉外部中斷INT0和定時(shí)器中斷T0，打開(kāi)定時(shí)器中斷T1，步進(jìn)電機(jī)停止，工作剪運(yùn)轉(zhuǎn)。完成切割后需在10秒內(nèi)手動(dòng)停止工作剪，否則故障信號(hào)燈亮。設(shè)置鍵S3按下一次時(shí)，調(diào)用顯示speed子函數(shù)，此時(shí)顯示器上顯示“speed”字符。設(shè)置鍵S3按下兩次時(shí)，調(diào)用設(shè)置速度函數(shù)并顯示設(shè)定速度的大小，但顯示的速度值不是真實(shí)的速度值而是與速度呈負(fù)相關(guān)，此時(shí)可通過(guò)SS2進(jìn)行數(shù)據(jù)的加減，S1每按下一次數(shù)據(jù)在原來(lái)的基礎(chǔ)上加1，S2每按下一次數(shù)據(jù)在原來(lái)的基礎(chǔ)上減1。設(shè)置鍵S3按下三次時(shí)，調(diào)用顯示long子函數(shù)，此時(shí)顯示器上顯示“l(fā)ong”字符。設(shè)置鍵S3按下四次時(shí)，調(diào)用設(shè)置長(zhǎng)度函數(shù)并顯示設(shè)定長(zhǎng)度m的大小并在顯示器上顯示, 此時(shí)也可通過(guò)SS2進(jìn)行長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的加減操作。設(shè)置鍵S3按下五次時(shí)，通過(guò)程序使y=0,實(shí)現(xiàn)循環(huán)。自動(dòng)操作狀態(tài)與手動(dòng)操作狀態(tài)可通過(guò)自動(dòng)與手動(dòng)切換按鍵選擇，本系統(tǒng)還可通過(guò)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)切換鍵實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，歸零鍵S7實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)清零，通過(guò)啟動(dòng)/停止按鍵在任何時(shí)刻都可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行與停止。圖 鍵盤(pán)電路 電源轉(zhuǎn)換電路1. 電路實(shí)現(xiàn)功能該電路輸入家用220v交流電，經(jīng)過(guò)全橋整流，穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的5v直流電。2. 特點(diǎn)方便實(shí)用，輸出電壓穩(wěn)定，最大輸出電流為1A，電路能帶動(dòng)一定的負(fù)載。3. 電路工作原理圖 電源電路工作原理圖從圖上看,變壓器輸入端經(jīng)過(guò)一個(gè)保險(xiǎn)連接電源插頭,如果變壓器或后面的電路發(fā)生短路，保險(xiǎn)內(nèi)的金屬細(xì)絲就會(huì)因大電流引發(fā)的高溫溶化后斷開(kāi)。 變壓器后面由4個(gè)二極管組成一個(gè)橋式整流電路，整流后就得到一個(gè)電壓波動(dòng)很大的直流電源，所以在這里接一個(gè)330uF/25V的電解電容。 變壓器輸出端的9V電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，在電容C1兩端大約會(huì)有11V多一點(diǎn)的電壓，假如從電容兩端直接接一個(gè)負(fù)載，當(dāng)負(fù)載變化或交流電源有少許波動(dòng)都會(huì)使C1兩端的電壓發(fā)生較大幅度的變化，因此要得到一個(gè)比較穩(wěn)定的電壓，在這里接一個(gè)三端穩(wěn)壓器的元件。 三端穩(wěn)壓器是一種集成電路元件，內(nèi)部由一些三極管和電阻等構(gòu)成，在分析電路時(shí)可簡(jiǎn)單的認(rèn)為這是一個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)電阻的元件，當(dāng)負(fù)載電流大時(shí)三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻自動(dòng)變小，而當(dāng)負(fù)載電流變小時(shí)三端穩(wěn)壓器內(nèi)的電阻又會(huì)自動(dòng)變大，這樣就能保持穩(wěn)壓器的輸出電壓保持基本不變。因?yàn)槲覀円敵?V的電壓，所以選用7805，7805前面的字母可能會(huì)因生產(chǎn)廠家不同而不同。LM7805最大可以輸出1A的電流，內(nèi)部有限流式短路保護(hù)，短時(shí)間內(nèi)，例如幾秒鐘的時(shí)間，輸出端對(duì)地（2腳）短路并不會(huì)使7805燒壞，當(dāng)然如果時(shí)間很長(zhǎng)就不好說(shuō)了，這跟散熱條件有很大的關(guān)系，雖然7805最大電流是一安培，但實(shí)際使用一般不要超過(guò)500mA,否則會(huì)發(fā)熱很大，容易燒壞。一般負(fù)載電有200mA以上時(shí)需要散熱片。 三端穩(wěn)壓器后面接一個(gè)105的電容，這個(gè)電容有濾波和阻尼作用。 最后在C2兩端接一個(gè)輸出電源的插針，可用于與其它用電器連接。比如MP3等。 第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件用C語(yǔ)言編寫(xiě)，分為主程序、中斷服務(wù)程序和子程序三部分。 主程序設(shè)計(jì)主程序是系統(tǒng)上電或復(fù)位后首先要執(zhí)行的程序，主程序主要完成系統(tǒng)的初始 化、掃描顯示、掃描鍵盤(pán)等工作。本系統(tǒng)上電或復(fù)位時(shí)，根據(jù)有沒(méi)有按鍵按下以及有鍵按下時(shí)按下的次數(shù)，分為自動(dòng)操作狀態(tài)與手動(dòng)操作狀態(tài)。手動(dòng)操作時(shí)，可通過(guò)相應(yīng)的按鍵手動(dòng)停止與啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或工作剪，各按鍵的作用在前面鍵盤(pán)電路中已說(shuō)明。自動(dòng)操作狀態(tài)具體情況如下：1. 設(shè)置鍵S3未按下即y=0時(shí)，顯示外部模擬長(zhǎng)度信號(hào)d的值。該狀態(tài)下程序禁止定時(shí)器中斷T1且開(kāi)啟外部中斷INT0和定時(shí)器中斷T0，若速度值不為零步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)若為自動(dòng)操作狀態(tài)同時(shí)進(jìn)行設(shè)定轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度m與外部模擬長(zhǎng)度信號(hào)d的比較，如果d=m，關(guān)閉外部中斷INT0和定時(shí)器中斷T0，打開(kāi)定時(shí)器中斷T1，步進(jìn)電機(jī)停止，工作剪運(yùn)轉(zhuǎn)。完成切割后需在10秒內(nèi)手動(dòng)停止工作剪，否則故障信號(hào)燈亮。2. 設(shè)置鍵S3按下一次即y=1時(shí)，調(diào)用顯示speed子函數(shù)，此時(shí)顯示器上顯示“speed”字符。3. 設(shè)置鍵S3按下兩次即y=2時(shí)，調(diào)用設(shè)置速度函數(shù)并顯示設(shè)定速度的大小，但顯示的速度值不是真實(shí)的速度值而是與速度呈負(fù)相關(guān)。4. 設(shè)置鍵S3按下三次即y=3時(shí)，調(diào)用顯示long子函數(shù)，此時(shí)顯示器上顯示“l(fā)ong”字符。5. 設(shè)置鍵S3按下四次即y=4時(shí)，調(diào)用設(shè)置長(zhǎng)度函數(shù)并顯示設(shè)定長(zhǎng)度m的大小并在顯示器上顯示。6. 設(shè)置鍵S3按下五次即y=5時(shí)，通過(guò)程序使y=0,實(shí)現(xiàn)循環(huán)。自動(dòng)操作狀態(tài)與手動(dòng)操作狀態(tài)可通過(guò)自動(dòng)與手動(dòng)切換按鍵選擇，本系統(tǒng)還可通過(guò)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)切換鍵實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，歸零鍵S7實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)清零。 。圖 自動(dòng)操作程序流程圖 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中斷用外部中斷INT0、定時(shí)器中斷T0和定時(shí)器中斷T1三個(gè)中斷程序完成，初始化后主程序就等待中斷請(qǐng)求。當(dāng)中斷總開(kāi)關(guān)EA=1，外部中斷INT0允許/禁止EX0=1時(shí)，開(kāi)啟外部中斷INT0，然后判斷定時(shí)器運(yùn)行控制位TR0是否為1，如果TR0=1，開(kāi)啟定時(shí)器中斷T0。如果TR0不為1，判斷TR1是否為1，如果TR1=1，開(kāi)啟定時(shí)器中斷T1；如果TR1不為1，進(jìn)行下一次循環(huán)。：圖 中斷服務(wù)程序流程圖 部分主要子程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要子程序包括初始化子程序、延時(shí)子程序、數(shù)碼管顯示子程序、按鍵處理子程序、設(shè)置步進(jìn)電機(jī)速度子程序、設(shè)置長(zhǎng)度子程序、執(zhí)行子程序。 （1）初始化子程序的設(shè)計(jì)：主要完成對(duì)系統(tǒng)程序全局變量的定義。（2）延時(shí)子程序的設(shè)計(jì)：通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)毫秒延時(shí)。（3）數(shù)碼管顯示子程序：包括MAX7219初始化程序、MAX7219數(shù)據(jù)讀寫(xiě)程序。（4）按鍵處理子程序的設(shè)計(jì)：通過(guò)延時(shí)實(shí)現(xiàn)按鍵消抖。 （5）執(zhí)行子程序：通過(guò)外部中斷INT0實(shí)現(xiàn)傳感器脈沖信號(hào)與實(shí)際長(zhǎng)度值得轉(zhuǎn)換，通過(guò)定時(shí)器中斷T0實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)以及正反轉(zhuǎn)控制，通過(guò)定時(shí)器中斷T1實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)及故障檢測(cè)。 以上程序設(shè)計(jì)詳見(jiàn)附錄1。第4章 系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)在擾動(dòng)作用消除后系統(tǒng)恢復(fù)本身的一種能力。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精確性，我們?cè)谛盘?hào)采集與調(diào)理部分引入AD620放大器和u/f變換電路；在檢測(cè)部分裝有運(yùn)行指示燈和故障信號(hào)指示燈。檢測(cè)電路前面已介紹，下面說(shuō)明放大電路和u/f變換電路的原理與作用。放大電路 AD620放大器已經(jīng)成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高性能、低成本的儀表放大器。AD620是一種完整的單片儀表放大器，提供8引腳DIP 和SOIC 兩種封裝。用戶使用一只外部電阻器可以設(shè)置從1到1000任何要求的增益。按照設(shè)計(jì)要求，增益10和100需要的電阻值是標(biāo)準(zhǔn)的1%金屬膜電阻值。AD620是傳統(tǒng)AD524儀表放大器的第二代產(chǎn)品并且包含一個(gè)改進(jìn)的傳統(tǒng)三運(yùn)放電路。經(jīng)過(guò)激光微調(diào)的片內(nèi)薄膜電阻器R1和R2，允許用戶僅使用一只外部電阻器便可將增益精確設(shè)置到100，最大誤差在177。%之內(nèi)。單片結(jié)構(gòu)和激光晶圓微調(diào)允許電路元器件的精密匹配和跟蹤。圖 AD620電路原理圖如圖，Q1和Q2構(gòu)成的前置放大器級(jí)提供附加的增益前端。通過(guò)Q1A1R1環(huán)路和Q2A2R2環(huán)路反饋使通過(guò)輸入器件Q1和Q2的集電極電流保持恒定，由此使輸入電壓加在外部增益設(shè)置電阻器RG的兩端。這就產(chǎn)生一個(gè)從輸入到A1/A2 輸出的差分增益G，G = (R1＋R2)/RG＋1。單元增益減法器A3消除了任何共模信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)于REF引腳電位的單端輸出。RG的值還決定前置放大器級(jí)的跨導(dǎo)。為了提供增益而減小RG時(shí)，前置放大器級(jí)的跨導(dǎo)逐漸增加到相應(yīng)輸入三極管的跨導(dǎo)。這有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。 隨著設(shè)置增益增加，開(kāi)環(huán)增益也隨著增加，從而降低了增益相對(duì)誤差。 （由C1，C2 和前置放大器跨導(dǎo)決定的）增益帶寬乘積隨著設(shè)置的增益一起增加，因而優(yōu)化了放大器的頻率響應(yīng)。電壓/頻率變換電路 電壓/頻率變換電路簡(jiǎn)稱(chēng)為u/f變換電路或u/f變換器，集成的u/f變換器在電子技術(shù)、自動(dòng)控制、數(shù)字儀表、通信設(shè)各、調(diào)頻、鎖相和模數(shù)變換等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)閡/f變換器不需要同步時(shí)鐘，所以在與微機(jī)連接時(shí)電路簡(jiǎn)單。變換電路的輸人電壓根據(jù)應(yīng)用的要求，可以是直流或近似直流的電壓，也可以選用正弦波、方波、三角波、鋸齒波、矩形脈沖等作為控制信號(hào)。變換電路的輸出波形可以是正弦波、三角波、鋸齒波、矩形波等。如果u/f變換電路輸出波形是對(duì)稱(chēng)的，如正弦波、三角波、方波等，這種電路稱(chēng)為壓控振蕩器（vco），如果輸出波形是不對(duì)稱(chēng)的，則為u/f變換器。u/f變換器和有模塊式結(jié)構(gòu)和單片集成式兩種。典型的變換方法有4種：積分恢復(fù)型、電壓反饋型、交替積分型和恒流開(kāi)關(guān)型。單片集成的u/f變換器常采用恒流開(kāi)關(guān)型，通常都是可逆的，既可作為u/f使用，也可作為f/u使用，具有體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是外圍元件較多，精度稍差些。模塊式變換器一般做成不可逆的專(zhuān)用變換器，通常將u/f和f/u設(shè)計(jì)成兩種獨(dú)立的模塊。其優(yōu)點(diǎn)是外圍元仵少，一般只有調(diào)零和調(diào)滿刻度的元件在集成塊的外面。本系統(tǒng)采用vfc100同步型u/f變換器。模擬電壓變化轉(zhuǎn)變成頻率變換以后，其抗干擾的能力增強(qiáng)了，因此尤其適用于遙控系統(tǒng)、干擾較大的場(chǎng)合和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)确矫妗D u/f變換器原理圖第5章 展望 MCU 具有體積小、重量輕、價(jià)格低廉、方便靈活等特點(diǎn)，應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中可以有效降低系統(tǒng)的成本。針對(duì)不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的情況，采取相應(yīng)的抗干擾措施可以在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可靠地運(yùn)行。數(shù)據(jù)采集通道中采用 u/f 轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換精度高、抗工頻干擾能力強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)光電隔離以及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，合理確定外圍元件的參數(shù)是保證數(shù)據(jù)采集精度的關(guān)鍵。借鑒人工控制的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)大量試驗(yàn)得到物料落差在不同情況下的實(shí)際重量，根據(jù)物料的重量結(jié)合PLD系列砼配料機(jī)的具體型號(hào)可以在砼配料生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)物料的落差進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，從而構(gòu)建出用于落差修正的查詢(xún)表。經(jīng)過(guò)幾個(gè)星期的努力，在本組同學(xué)的齊心合作下使得本設(shè)計(jì)順利完成，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使自己的知識(shí)水平有了顯著的提高，并學(xué)會(huì)了如何將自己所學(xué)的運(yùn)用于實(shí)踐之中，本系統(tǒng)所涉及的東西幾乎涵蓋了大學(xué)所學(xué)的各個(gè)方面的知識(shí)，如電力電子技術(shù)、電路原理、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、檢測(cè)與轉(zhuǎn)換、單片機(jī)原理及應(yīng)用等，可以說(shuō)，沒(méi)有大學(xué)前三年的系統(tǒng)學(xué)習(xí)本設(shè)計(jì)幾乎是不可能完成的，盡管下半年就將畢業(yè)，但是學(xué)習(xí)卻是終身受益的事情，只有不斷學(xué)習(xí)才能不斷進(jìn)步，只有不斷的將所學(xué)運(yùn)用于實(shí)踐，才能檢驗(yàn)出所學(xué)是否正確，自己是否真的掌握。由于自身知識(shí)水平有限本系統(tǒng)還有很多有待提高之處，這需要在以后的學(xué)習(xí)中完善自己的知識(shí)不斷提高專(zhuān)業(yè)水平。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們學(xué)會(huì)了把書(shū)本上的理論知識(shí)如何運(yùn)用到實(shí)踐中，讓所學(xué)的知識(shí)得到了融會(huì)貫通。在今后的工作和學(xué)習(xí)中，我們也將不斷努力、創(chuàng)新，時(shí)刻保持積極進(jìn)取和求真務(wù)實(shí)的心態(tài)，認(rèn)真負(fù)責(zé)地對(duì)待每一份工作！致 謝在本次課程計(jì)完成之際，首先要感謝我組的指導(dǎo)老師，從課題選擇到具體的設(shè)計(jì)過(guò)程，無(wú)不凝聚著戚新波老師的心血和汗水，設(shè)計(jì)期間，戚新波老師為我們提供了種種專(zhuān)業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，讓我們樹(shù)立起了一個(gè)職業(yè)人的工作態(tài)度，這對(duì)我們以后的職業(yè)生涯大有裨益。沒(méi)有這樣的幫助和關(guān)懷，我們不會(huì)這么順利的完成這次設(shè)計(jì)。在此向戚新波老師表示深深的感謝和崇高的敬意。其次，設(shè)計(jì)的順利完成，也