【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 14 頁(yè) 共 38 頁(yè) 圖 561 驅(qū)動(dòng)電路原理圖 本設(shè)計(jì) 在單片機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 器 的連接電 路 間 利用 三 個(gè) 8 引腳光電耦合器件TLP5212組成如圖 562 所示的隔離電路。其作用是切斷了單片機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回路之間電的直接聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)回路系統(tǒng)地線的分別聯(lián)接 .防止處于大電流感性負(fù)載下工作的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的干擾信號(hào)以及電網(wǎng)負(fù)載突變產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)線路串入單片機(jī)，影響單片機(jī)的正常工作 圖 562 隔離電路 圖 LED 顯示電路 由于系統(tǒng)顯示的內(nèi)容 比較簡(jiǎn)單，顯示量不多，所以顯示選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟(jì)。LED 有共陰極和共陽(yáng)極兩種。如圖 571 所示。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 15 頁(yè) 共 38 頁(yè) 符號(hào)和引腳 共陰極 共陽(yáng)極 圖 571 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖 共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極 (COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管 的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。 靜態(tài)顯示是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O 端口多 。 動(dòng)態(tài) 顯示 是將所有數(shù)碼管的 8個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼 時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大 量的I/O 端口，而且功耗更低。 為節(jié)省端口及降低功耗，本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。本電路的“段控”和“位控”分別由 P1 口和 P0 口控制， P0選中哪個(gè)數(shù)碼管，哪個(gè)數(shù)碼管就亮， P1 口控制顯示數(shù)字。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 16 頁(yè) 共 38 頁(yè) 572 數(shù)碼管連接圖 下載線介紹 ： 單片機(jī) ISP 下載線 (51AVRISP) 3 AVR 和 ATMEL 的 AT89S 系列單片機(jī)可以使用 ISP 下載線在線編程擦寫，即不必將 IC芯片拆下，直接在電路板上進(jìn)行程序修改、下載等操作。這樣對(duì)程序的調(diào)試和升級(jí)都很方便 。 目前支持芯片有 AT89S51,AT89S52,AT89S53， 下載線引腳定義： 第 1 腳： MOSI 第 2腳： VCC 第 3 腳： NC 第 4腳： GND 第 5 腳： RESET 第 6腳： GND 第 7 腳： SCK 第 8腳： GND 第 9 腳： MISO 第 10腳： GND 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 17 頁(yè) 共 38 頁(yè) 圖 581 ISP 原理圖 圖 582 下載線實(shí)物圖 6 電子電路的調(diào)試與運(yùn)行 WAVE 系列仿真軟件及其 軟件 調(diào)試 本次設(shè)計(jì)的程序是用 C語(yǔ)言編寫的，原本想用匯編語(yǔ)言編寫，但匯編語(yǔ)句太多太長(zhǎng)，看起來(lái)很麻煩沒(méi)有 C語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，比如一些循環(huán)語(yǔ)句比匯編寫出來(lái)簡(jiǎn)單很 多，短很多。 程序用仿真軟件進(jìn)行仿真，我用的是 WAVE 仿真軟件，它是集編輯、編譯 /連接、加載、調(diào)試等為一體的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ IDE）。用戶可以在同一界面環(huán)境中完成所有任務(wù)。它是利用宿主機(jī)上豐富的資源及良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)和仿真調(diào)試目標(biāo)機(jī)上的軟件。然后通過(guò)串行口將編譯生成的目標(biāo)代碼傳輸下載到目標(biāo)板上，并用調(diào)試器在調(diào)試軟件支持下進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和在線仿真調(diào)試。最后，目標(biāo)板在特定環(huán)境下編程脫機(jī)運(yùn)行。 我們用仿真器主要是檢查程序是否有錯(cuò)， 并且 在沒(méi)燒入單片機(jī)前 可以對(duì)其進(jìn)行仿真對(duì)程序是否實(shí)現(xiàn)所要求的性能進(jìn)行檢測(cè)。 在程序輸入后 對(duì)其進(jìn)行編譯，由于我的程序有些是從網(wǎng)上下載的，編譯 沒(méi)出現(xiàn)多少錯(cuò)誤，主要是變量 總是漏了忘記定義 ， 我把 在程序中沒(méi)定義的除了是局部變量的，我會(huì)在該程序前對(duì)它進(jìn)行定義，其他我都是在最前面進(jìn)行全局變量定義。我把程序分為幾部分，每部分都實(shí)現(xiàn)的功能不同，把所要用的全局變量在其中一部分 進(jìn)行 統(tǒng)一定義，如 bit on_off。//運(yùn)行與停止標(biāo)志， bit dir。//方向標(biāo)志， unsigned char motor_mode。//運(yùn)基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 18 頁(yè) 共 38 頁(yè) 行模式選擇等。還有 for 循環(huán)和 while 循環(huán)的跳出調(diào)入我經(jīng)常弄不懂，我就用 WAVE 仿真器的單步跟蹤看它的跳轉(zhuǎn)。最讓人郁悶的是明明覺(jué)得程序沒(méi)錯(cuò)，可編譯顯示 有錯(cuò)。有時(shí) 看半天就是找不出來(lái)，后來(lái)跟同學(xué)討論，很多是沒(méi)有 正確 調(diào)用語(yǔ)句，想調(diào)用別的語(yǔ)句沒(méi)有加以說(shuō)明。其實(shí)在程序方面由于部分是從網(wǎng)上下的，錯(cuò)誤并不是很多。可通過(guò) WAVE仿真器對(duì) 程序 進(jìn)行仿真時(shí)就出了很多問(wèn)題。 在進(jìn)行仿真時(shí)首先出現(xiàn)的是程序和我設(shè)計(jì)的按鍵連接管腳不符，我的按鍵接法是 K1接 ； K2 接 ； K3接 ； K2 接 ，它們 和程序的按鍵接口不符，我就在全局定義中把按鍵定義成全局變量如下 sbit KEY1=P1^3。// K1； sbit KEY2=P1^7。// K2 ； sbit KEY3=P1^5。// K3 ； sbit KEY4=P1^4。// K4 這樣在下面的程序中就直接引用 KEY變量就可以了。 還有就是顯示部分我按照自己的設(shè)計(jì)用 RUN RUN 來(lái)顯示工作的兩種功能，我對(duì)顯示程序的寄存器地址進(jìn)行了修改，還有我把 4 個(gè)數(shù)碼管的個(gè) 、 十 、 百 、 千位用自己的算法進(jìn)行了修改。 要注意的是 顯示中斷和步進(jìn)中斷要處理好它們的協(xié)調(diào)，開(kāi)始我設(shè)計(jì)它們的中斷是同一個(gè)，但經(jīng)過(guò)仿真 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就 對(duì)他們使用了不同的中斷，而且 輸入 的頻率不能太高， 步進(jìn)電機(jī)的每拍的間隔時(shí)間不能太短，否則電機(jī)來(lái)不及響應(yīng)。 這程序最主要的部分是主程序，我設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)加電后只要有脈沖就可以運(yùn)行，但要對(duì)它進(jìn)行控制就要在主程序中對(duì)它進(jìn)行編程，其中主要的是對(duì)它的按鍵情況判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 按鍵程序的主要功能是：通過(guò)不同的按鍵控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 本設(shè)計(jì)有 3 個(gè)功能模塊： 模塊 1：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的控制如加速或減速。 按 K1 數(shù)碼管顯示 RUN1，進(jìn)入模式 1。 按 K3 每按一次速度加 1， K4 每按一次速度減 1。 長(zhǎng)按 K3 每次速度加 10，長(zhǎng)按 K4 每次速度減 10。 長(zhǎng)按 K2 推出 功能 2：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的正反轉(zhuǎn)控制。 按 K1 數(shù)碼管顯示 RUN1，進(jìn)入模式 2. 再按 K1 正轉(zhuǎn) 再按 K1 反轉(zhuǎn) 長(zhǎng)按 K2 推出 模塊 3：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)。 按 K1 看到數(shù)碼管顯示 RUN2，再長(zhǎng)按 K1 顯示 RUN 就進(jìn)去模塊 3，進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 19 頁(yè) 共 38 頁(yè) 硬件調(diào)試： 我的電路板分為兩部分控制部分和驅(qū)動(dòng)部分，中間用光電耦合器進(jìn)行隔離，用AT89S52 單片機(jī)輸出脈沖并通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 我這次的畢設(shè)第一次嘗試用貼片電阻和雙面板。由于設(shè)計(jì)時(shí)電阻太多如果用普通插件電阻的話，我要打很多孔而且在布 線上增加了一定難度，電路板的面積也一定不小。因此我用貼片電阻可以不用打孔，板子做出后看起來(lái)器件較少比較整潔，所占面積也不大。但問(wèn)題也出來(lái)了，在印刷 PCB 時(shí)底面和頂面容易對(duì)不齊，那打孔時(shí)造成底面和頂面不能互連。我采取的方法是在雙面敷銅板擦洗干凈，先用針將打印在敷臘紙上的頂層鏡像銅膜走線圖的四角的定位過(guò)孔中心鉆個(gè)小孔，再將頂層鏡像銅膜走線圖復(fù)蓋在敷銅板上，四周用小片透明膠紙暫固定，用臺(tái)鉆將四個(gè)定位小孔鉆透。再將打印在敷臘紙上的底層銅膜走線圖小心地復(fù)蓋到另一面敷銅板上，注意對(duì)準(zhǔn)定位過(guò)孔位置，四周仍用小片透明膠紙暫 固定，最后再用電熨斗進(jìn)行兩面輪流熱壓，冷卻后敷臘紙掀起，底層銅膜走線圖和頂層鏡像銅膜走線圖就準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)印到雙面敷銅板上了。這樣就解決了雙面板布線的問(wèn)題。總的來(lái)說(shuō)布線還挺成功，就是在布局方面要加強(qiáng)下。 焊好后看 PCB 圖仔細(xì)對(duì)照板子看是否有漏焊的地方，我還在陽(yáng)光下對(duì)太陽(yáng)看了下是否有虛焊，總體來(lái)說(shuō)板子沒(méi)出現(xiàn)什么問(wèn)題。有幾個(gè)過(guò)孔我用鐵絲插入過(guò)孔焊死整個(gè)孔。 在我的調(diào)試過(guò)程中， 我想調(diào)試電源部分， 我用 7805 和 7812 來(lái)提供電源，但 剛工作沒(méi)多久就發(fā)現(xiàn) 7812 出現(xiàn)發(fā)熱并可以聞到燒焦的聞到，當(dāng)時(shí)還以為 7812 燒掉了 ，理論我是用 7805 輸入 + 輸出 +5V， 7812 輸入 +15V 輸出 +12，但由于步進(jìn)電機(jī)沒(méi)買到合適的就在二手市場(chǎng)買了個(gè)二手步進(jìn)電機(jī)，上 面 沒(méi)有表明參數(shù) ，它的輸入電壓我就 不能 按設(shè)計(jì)加入 。 經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)試， 我 發(fā)現(xiàn) 7812 輸人 電壓 的電壓 要 在 7~12V 范圍內(nèi)，輸入輸出電壓差控制在 3V 以內(nèi)，要不然 7812 會(huì)很快發(fā)燙，并給 7812 加了塊散熱片。 在檢測(cè) 我設(shè)計(jì)的上電復(fù)位 時(shí)，我發(fā)現(xiàn)雖然沒(méi)什么問(wèn)題 ， 但可以在設(shè)計(jì)好點(diǎn)。 在實(shí)際工作中我給電路板通電后顯示的是我設(shè)置的初始狀態(tài)。本來(lái)我可以使用按鍵復(fù)位這樣可以手動(dòng)控制復(fù)位方式，這樣運(yùn)行中復(fù)位可以不斷 開(kāi)電源，由于設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)想到那么多，這是我設(shè)計(jì)的一個(gè)不足。 我檢測(cè) AT89S51 的 20 和 40 引腳之間的電壓為 +5V，單片機(jī)可以正常工作。其他器件連接沒(méi)錯(cuò) 能正常工作，而 L298N 沒(méi)有控制功能所以 我檢測(cè)它的引腳焊接。 在都沒(méi)問(wèn)題后， 給電路板接電后通過(guò)控制 4 個(gè)鍵讓步進(jìn)電機(jī)按程序設(shè)計(jì)的狀態(tài)運(yùn)行。經(jīng)過(guò)測(cè)量在電壓不變的情況下，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 2時(shí)電流為 ，當(dāng)轉(zhuǎn)速為 50 時(shí)電流為 ，轉(zhuǎn)速越快電流越 小 ， 因?yàn)?當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速 度）的增大而相電流減小，供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的輸出相電流來(lái)確定 ，當(dāng) 轉(zhuǎn)速大于 50 后 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)基本看不出來(lái) ，盡量把轉(zhuǎn)速設(shè)置在 2 到 50 范圍內(nèi)。 。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 20 頁(yè) 共 38 頁(yè) 程序 部分 程序分成以下幾部分： （ 1） 判斷鍵號(hào) 部分：判斷是否有鍵按下。 （ 2）顯示部分：使用動(dòng)態(tài)掃描方式，顯示工作模式和轉(zhuǎn)速。 （ 3）通電方向部分 :控制步進(jìn)電機(jī)的正 、 反轉(zhuǎn)的判斷。 （ 4）步進(jìn)電機(jī)控制部分及主程序：控制步進(jìn)電機(jī)的各項(xiàng)工作模式。 按鍵程序流程圖 ： （按鍵鍵號(hào)說(shuō)明： K K K K4長(zhǎng)按時(shí)鍵號(hào)為 K K K K8） 延時(shí) 10MS 判斷建號(hào) 為長(zhǎng)按 按鍵 鍵號(hào)加 4 按鍵掃描 延時(shí) 20MS N Y Y N Y N 按下超過(guò)200ms 有鍵按下 有鍵按下 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 21 頁(yè) 共 38 頁(yè) //按鍵掃描程序 char key(void) { unsigned ch