【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 狀態(tài) ALE禁止，置位無(wú)效。 PSEN：外部 程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 電機(jī)選擇 方案一：選擇普通直流電機(jī)，通過(guò)減速齒輪增大扭力，提高帶負(fù)載能力。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，控制容易，但難以精確控制是其一大弱點(diǎn)。 方案二：選擇步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)是可以精確控制電機(jī)選擇步數(shù)和角度，缺點(diǎn)就是力矩比較小，容易失步，而且價(jià)格比較昂貴。 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能跟蹤控制 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置。它具有快速啟，停能力在電機(jī)的負(fù)荷不超過(guò)它提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩時(shí)，可以通過(guò)輸入脈沖來(lái)控制它在一瞬間的起動(dòng)和停止。步進(jìn)電機(jī)的步距角和轉(zhuǎn)速只和脈沖頻率有關(guān)，和溫度，氣壓，振動(dòng)無(wú)關(guān)，也不受電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。因此，步進(jìn)電機(jī)多應(yīng)用在需要精確定位的場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)中執(zhí)行需要進(jìn)行角度控制，不需要連續(xù)旋轉(zhuǎn)，綜上所述選擇方案 2。下面介紹一下步進(jìn)電機(jī)的基本內(nèi)容。 步進(jìn)電機(jī)分類 步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（ PM），反應(yīng)式（ VR），和混合式（ HB）。 永磁式步進(jìn)一般為兩相 ，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度，或 15 度。 反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家 80 年代已被淘汰?；旌鲜讲竭M(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)指標(biāo) 步進(jìn)電機(jī) 是一個(gè)典型開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，其原理可由 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 表示： 圖 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框圖 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)： 相數(shù)：電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)。目前常用的有二相，三相，四相，五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步進(jìn)角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為 ，三相為 ，五相為 。在使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則相數(shù)將變得沒(méi)有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 轉(zhuǎn)角 脈沖 分配器 功率 分配器 輸出軸 功率 分配器 輸入脈沖 方向脈沖 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能跟蹤控制 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 步距角：表示控制系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)步進(jìn)脈沖控制信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，這個(gè)步距角可稱為“電機(jī)固有步距角“，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。 拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需要的脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī) 為例，有四相四拍運(yùn)行方式，即 ABBCCDDAAB。四相八拍運(yùn)行方式，即 AABBBCCCDDDAA。 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)： 步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值和理論值的誤差，用百分比表示：誤差 /步距角 100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。 失步：電機(jī)運(yùn)行時(shí)的步數(shù)不等于理論上的步數(shù)，稱為失步。 失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。 最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種 驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電壓下，在不加載負(fù)載的情況下能夠直接起動(dòng)的最大頻率。 步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁方案選擇 步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式分為全步勵(lì)磁和半步勵(lì)磁兩種。其中全步勵(lì)磁方式又有一相勵(lì)磁和二相勵(lì)磁之分；半步勵(lì)磁又稱一二相勵(lì)磁。假設(shè)每旋轉(zhuǎn)一圈需要 200 個(gè)脈沖信號(hào)來(lái)勵(lì)磁，可以計(jì)算出每個(gè)勵(lì)磁信號(hào)能使步進(jìn)電機(jī)前進(jìn) 1,8 度。 方案一：在每一瞬間，步進(jìn)電機(jī)只有一個(gè)線圈導(dǎo)通，每送一個(gè)勵(lì)磁信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 度，這是三種勵(lì)磁方式中最簡(jiǎn)單的一種。 其特點(diǎn)是：精確度好 ，消耗電力少，但輸出轉(zhuǎn)矩小，振動(dòng)較小。如果以該方式控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則該步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 方案二：在每一瞬間，步進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)線圈同時(shí)導(dǎo)通，每送一個(gè)勵(lì)磁信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 度。 其特點(diǎn)是：輸出轉(zhuǎn)矩大，振動(dòng)小，因而成為目前使用最多的勵(lì)磁方式。如果以該勵(lì)磁方式控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳遞，則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 方案三：一二相勵(lì)磁 :為一相勵(lì)磁與二相勵(lì)磁交替導(dǎo)通的方式。每送一個(gè)勵(lì)磁信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 度。 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能跟蹤控制 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 其特點(diǎn)是：分辨率高，運(yùn)行平滑，故應(yīng)用范圍也很廣泛。如果以該方式控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。若 勵(lì)磁順序方向傳遞，則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 結(jié)合本次設(shè)計(jì)的任務(wù)要求屬于緩慢精確跟蹤，要求跟蹤過(guò)程平穩(wěn)，運(yùn)行平滑，我決定采用方案 3。 步進(jìn)電機(jī) AIRPAX 簡(jiǎn)介 本次設(shè)計(jì)采用 APIRPAX 步進(jìn)電機(jī)。 工作電壓： 5V。繞組內(nèi)阻： 歐姆。步進(jìn)角： 15 度。永磁 4 相。 其接線圖如圖 所示： 圖 步進(jìn)電機(jī)接線圖 該步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁方案選擇一二相勵(lì)磁方式，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)跟蹤的目的。其勵(lì)磁順序表如表 所示： 表 一二相勵(lì)磁順表 STEP A B C D 1 1 0 0 0 2 1 1 0 0 3 0 1 0 0 4 0 1 1 0 5 0 0 1 0 6 0 0 1 1 7 0 0 0 1 8 1 0 0 1 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能跟蹤控制 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇 方案一：通過(guò)晶體三極管等分立元件搭 H 橋。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)單。但由于晶體三極管的承載電流比較小，驅(qū)動(dòng)能力受到限制，因?yàn)槭欠至⒃?，穩(wěn)定性不敢保證，且體積比較大。 方案二：步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)可以選用專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，如 L298,FT5754 等，這類驅(qū)動(dòng)模塊接口簡(jiǎn)單，操作方便，他們既可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，也可驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。 方案三：采用集成芯片， ULN20xxA。 達(dá)林頓管 ULN20xxA,該芯片最多可一次驅(qū)動(dòng)八塊步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)然如果只有四線或者六線的也是沒(méi)有問(wèn)題的。本次設(shè)計(jì)中我就是采用這種方法。下面介紹一下 ULN20xxA 的基本內(nèi)容。 ULN20xxA 簡(jiǎn)介 步進(jìn)電機(jī)模塊中使用的驅(qū)動(dòng)芯片為 ULN20xxA，它是由七對(duì) [6]達(dá)林頓管組成的，是集電極開(kāi)路輸出的功率反相器，并且每個(gè)輸出端都有一個(gè)連接到共同端（ COM）的二極管，為斷電后的電機(jī)繞組提供一個(gè)放電回路，起放電保護(hù)作用。內(nèi)部邏輯如圖 所示。因此， ULN20xxA 非常適合驅(qū)動(dòng)小功率的步進(jìn)電機(jī)。 圖 ULN20xxA 內(nèi)部邏輯圖 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能跟蹤控制 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 A/D 轉(zhuǎn)換方案選擇 方案一：并行輸出 A/D 轉(zhuǎn)換器，如 ADC0809。此類 A/D 接線復(fù)雜，占用單片機(jī) I/O口資源較大。 方案二：串行輸出 A/D 轉(zhuǎn)換器，如 TLC1543。此類 A/D 只需 3~4 位數(shù)據(jù)線和控制線即可控制，而并行口 A/D 需 8 根數(shù)據(jù)線， 8~16 位地址線， 2~3 位控制線，因而這類A/D 的使用可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，省掉了很多常規(guī)電路中的接口器件，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。 結(jié)合本次設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，以及上訴兩種方案的參照對(duì)比，我決定采用方案 2。下面介紹一下 TLC1543 的基本內(nèi)容。 TLC1543 簡(jiǎn)介 [5]TLC1543 美國(guó) TI 司生產(chǎn)的多通道、低價(jià)格的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采用串行通信接口，具有輸入通道多、性價(jià)比高、易于和單片機(jī)接口的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。 TLC1543 為 20 腳 DIP 裝的 CMOS 10 位開(kāi)關(guān)電容逐次 A/D 逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，引腳排列如圖 1 所示。其中 A0～ A10（ 1～ 9 、 1 12 腳）為 11 個(gè)模擬輸入端， REF+（ 14 腳，通常為 VCC）和 REF（ 13 腳，通常為地）為基準(zhǔn)電壓正負(fù)端， CS（ 15 腳）為片選端，在 CS 端的一個(gè)下降沿變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器并控制和使能 ADDRESS、 I/O CLOCK （ 18 腳）和 DATA OUT（ 16 腳）。 ADDRESS（ 17 腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，是一個(gè) 1 的串行地址用來(lái)選擇下一個(gè)即將被轉(zhuǎn)換的模擬輸入或測(cè)試電壓。 DATA OUT 為A/D 換結(jié)束 3 態(tài)串行輸出端，它與微處理器或外圍的串行口通信，可對(duì)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和格式靈活編程。 I/O CLOCK 數(shù)據(jù)輸 入 /輸出提供同步時(shí)鐘，系統(tǒng)時(shí)鐘由片內(nèi)產(chǎn)生。芯片內(nèi)部有一個(gè) 14 通道多路選擇器，可選擇 11 個(gè)模擬輸入通道或 3 個(gè)內(nèi)部自測(cè)電壓中的任意一個(gè)進(jìn)行測(cè)試。片內(nèi)設(shè)有采樣 保持電路，在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)， EOC（ 19 腳）輸出端變高表明轉(zhuǎn)換完成。內(nèi)部轉(zhuǎn)換器具有高速（ 10181。S 轉(zhuǎn)換時(shí)間），高精度（ 10 分辨率，最大177。 1LSB不可調(diào)整誤差）和低噪聲的特點(diǎn)。 TLC1543 管腳圖如圖 所示： TLC1543 工作時(shí)序： TLC1543 工作時(shí)序如圖 所示，其工作過(guò)程分為兩個(gè)周期：訪問(wèn)周期和采樣周期。工作狀態(tài)由 CS 使能或禁止，工作時(shí) CS 必須置低電平。 CS 為高電平時(shí)， I/O CLOCK、基于單片機(jī)的太陽(yáng)能跟蹤控制 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 ADDRESS 被禁止，同時(shí) DATA OUT 為高阻狀態(tài)。當(dāng) CPU 使 CS 變低時(shí)， TLC1543 開(kāi)始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換， I/O CLOCK、 ADDRESS 使能， DATA OUT 脫離高阻狀態(tài)。隨后， CPU 向 圖 TLC1543 管腳圖 ADDRESS 提供 4 位通道地址，控制 14 個(gè)模擬通道選擇器從 11 個(gè)外部模擬輸入和 3 個(gè)內(nèi)部自測(cè)電壓中選通 1 路送到采樣保持電路。同時(shí)， I/O CLOCK 輸入時(shí)鐘時(shí)序， CPU從 DATA OUT 端接收前一次 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。 I/O CLOCK 從 CPU 接收 10 時(shí)鐘長(zhǎng)度的時(shí)鐘序列。前 4 個(gè)時(shí)鐘用 4 位地址從 ADDRESS 端裝載地址寄存器 ， 選擇所需的模擬通道 圖 TLC1543 時(shí)序圖 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能跟蹤控制 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 后 6 個(gè)時(shí)鐘對(duì)模擬輸入的采樣提供控制時(shí)序。模擬輸入的采樣起始于第 4 個(gè) I/O CLOCK下降沿，而采樣一直持續(xù) 6 個(gè) I/O CLOCK 周期，并一直保持到第 10 個(gè) I/O CLOCK 下降沿。轉(zhuǎn)換過(guò)程中， CS的下降沿使 DATA OUT引腳脫離高阻狀態(tài)并起動(dòng)一次 I/O CLOCK工作過(guò)程。 CS 上升沿終止這個(gè)過(guò)程并在規(guī)定的延遲時(shí)間 內(nèi)使 DATA OUT引腳返回到高阻狀態(tài)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期后禁止 I/O CLOCK 和 ADDRESS 端。 TLC1543 通道地址如表 示： 表 TLC1543 通道地址 模擬輸入通道選擇 輸入寄存器地址（ 2 進(jìn)制） A0 0000 A1 0001 A2 0010 A3 0011 A4 0100 A5 0101 A6 0110 A7 0111 A8 1000 A9 1001 A10 1010 內(nèi)部測(cè)試電壓選擇 輸入地址 輸出結(jié)果（ 2 進(jìn)制） （ Vref+Vref+） /2 1011 200 Vref 1100 000 Vref+ 1101 3ff 注： Vref+為加到 TLC1543REF+端的電壓， Vref 是加到 REF 端的電壓 跟蹤器方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用兩個(gè)光敏電阻搭成 45 度的跟蹤結(jié)構(gòu)，光敏電阻將光強(qiáng)大小轉(zhuǎn)換為電阻大小，再通過(guò)惠斯通電橋?qū)㈦娮璧淖兓D(zhuǎn)化為電壓的變化，通過(guò)比例運(yùn)放電路轉(zhuǎn)化成適合的 A/D 模擬輸入量。下面詳細(xì)介紹一下這一過(guò)程所用的器件。 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能跟蹤控制 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 光敏電阻簡(jiǎn)介 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。 光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子 — 空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。一般 光敏電阻器結(jié)構(gòu)如下圖所示。光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹(shù)脂防潮