【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸 式兩種 ．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是 “１”還是“０”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”。 按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類(lèi)。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn) 13 換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移 的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與 測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。 旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)設(shè)備來(lái)知 道其位置，當(dāng)編碼 器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來(lái)記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼 器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來(lái)電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過(guò)程中，也不能有干擾而 丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無(wú)從知道 的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。 解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過(guò)參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè) 備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就 有每次操作先找參考點(diǎn)，開(kāi)機(jī)找零等方法。 比如，打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開(kāi)機(jī) ，我們都 能聽(tīng)到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點(diǎn)，然后才工作。 增量式編碼器特點(diǎn)： 增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多 圈無(wú)限累加和測(cè)量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會(huì)輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的 線數(shù)決定。需要提高分辨率時(shí)，可利用 90 度相位差的 A、 B 兩路信號(hào)進(jìn)行倍頻或更換高分辨率編碼器。 （ 8）絲桿及螺母副 (1).主要確定絲桿的外徑 d，及長(zhǎng)度，選擇螺紋的類(lèi)型，牙型角β，計(jì)算出螺 紋中徑 d2，螺紋升角φ，定出螺距 P，求出螺紋導(dǎo)程 S?？捎孟率竭M(jìn)行計(jì)算 此公式也用來(lái)計(jì) 算齒輪等圓形零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 14 i 由電機(jī)軸到絲杠一級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比， 15 （ 10） 滾動(dòng)軸承 滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、尺寸和公差等級(jí)均已制定有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中只需 根據(jù)工作條件選擇合適的軸承類(lèi)型，尺寸和公差等級(jí)等，并進(jìn)行軸承的組合結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)。 按滾動(dòng)軸承承受載荷的作用方向，常用軸承可分為三類(lèi)，即徑向接觸軸承、 向心角接觸球軸承和軸向接觸軸承。 在機(jī)械手的設(shè)計(jì)中，通常使用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承和 推力球軸承的組合件。選擇軸承要根據(jù)它所支承的軸的粗度（一般軸徑的設(shè) 計(jì)要 先由計(jì)算的強(qiáng)度來(lái)確定基本尺寸，再根據(jù) GB/T282281 來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸，也可以 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件如軸承等決定）來(lái)決定的，選定軸承后，還要進(jìn)行軸承的壽命計(jì)算， 可以根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。 軸 承 的 壽 命 ： 16 17 18 19 4 軟件 電路部分設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 （ 1） 單片機(jī)的概念 單片機(jī)是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。通常 在芯片內(nèi)含有 CPU、 ROM、 RAM、并行 I/O 口、串行口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷控制系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等。 （ 2） 單片機(jī)特 點(diǎn) 1) 優(yōu)異的性能價(jià)格比。 2) 高、體積小、可靠性高。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采 用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了計(jì)算機(jī)的可靠性與抗 干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在 惡劣環(huán)境下工作。 3) 控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)種均有極 20 豐富的轉(zhuǎn)移指令、 I/O 口的邏輯操作及位處理功能，單片機(jī)的邏輯控制功 能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。 4) 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 5) 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置叫典型 、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系 統(tǒng)。 （ 3） 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 1) 89C52 系列單片機(jī)基本配置如下： a) 微處理器 該單片機(jī)中有一個(gè) 8 位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括 了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)， 還可以進(jìn)行位變量的處理。 b) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片內(nèi)為 128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器。 c) 程序存儲(chǔ)器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲(chǔ) 器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲(chǔ)器 的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)。 d) 中斷系統(tǒng) 具有 5 個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 e) 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。 f) 串行口 1 個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行 I/O 口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更 廣。 g) P1 口、 P2 口、 P3 口、 P4 口 為 4 個(gè)并行 8 位 I/O 口。 h) 特殊功能寄存器 共有 21 個(gè)，用于對(duì)片內(nèi)的個(gè)功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一 些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的 RAM 區(qū)。 2) 引腳及其功能 a) 電源及時(shí)鐘引腳 VCC：接 +5V 電源正端； VSS：接 +5V 電源地端； X1：接外部晶體振蕩器的一端； X2：接外部晶體振蕩器的另一端。 b) 控制引腳 RESET：?jiǎn)纹瑱C(jī)上電復(fù)位端。 ALE：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 一每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于 鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低 8 位地址。 PSEN：為片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端 。 EA ：為訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。 21 c) 輸入 /輸出引腳 P3 口的第二功能： ： RXD，串行輸入通道； ： TXD，串行輸出通道； ： INT0，外部中斷 0； ： INT1，外部中斷 1； ： T0，計(jì)數(shù)器 0 外部輸入； ： T1，計(jì)數(shù)器 1 外部輸入； ： WR ，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通； ： RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。 圖 41 89c51 引腳圖 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，還要處理另一 類(lèi)數(shù)字量，即開(kāi)關(guān)信號(hào)、脈沖信號(hào)。 它們是以二進(jìn)制的邏輯“ 1”和“ 0”，即電平的高和低出現(xiàn)的。如開(kāi)關(guān)觸電 的閉合和斷開(kāi)，指示燈的亮和滅，繼電器和接觸器的吸合和釋放，馬達(dá)的啟 動(dòng)和停止，晶閘管的通和斷，閥門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉等，我們稱(chēng)為開(kāi)關(guān)量。開(kāi)關(guān) 量所控制的執(zhí)行器所要求的控制電壓一般都比較高，電流一般都較大，有的 是直流驅(qū)動(dòng)，有的是交流驅(qū)動(dòng)，必須根據(jù)具體對(duì)象采用適當(dāng)?shù)慕涌凇ｉ_(kāi)關(guān)量 22 的輸出接口實(shí)質(zhì)上是利用計(jì)算機(jī)做“弱電”控制“強(qiáng)電”。它需要解決兩個(gè) 重要問(wèn)題：隔離和驅(qū)動(dòng)。 用單片機(jī)控制各種各樣的高壓、大電流負(fù)載，如電 動(dòng)機(jī)、電磁鐵、繼電 器、燈泡等時(shí)，不能用單片機(jī)的 I/O 線來(lái)直接驅(qū)動(dòng)。 P0、 P P P3 四個(gè)口 都可以做輸出口，但其驅(qū)動(dòng)能力不同。 P0 口的驅(qū)動(dòng)能力較大，當(dāng)其輸出高電 平時(shí)，可提供 400 m A的電流；當(dāng)其輸出低電平（ ）時(shí)，則可提供 的灌電流，如低電平允許提高，灌電流會(huì)相應(yīng)加大。 P P P3 口的每一位只能 驅(qū)動(dòng)四個(gè) LSTTL，即可提供的電流只有 P0 口的一半。所以，用低電平輸出可獲得 比高電平輸出更大的驅(qū)動(dòng)能力。目前，一些 MCS51 系列單片機(jī)的引腳驅(qū)動(dòng)能力有所提高，如 89C2051，一些引腳可提供 20mA 的灌入電流。但大多數(shù)場(chǎng)合，單片機(jī) I/O 口的驅(qū)動(dòng)能力是不夠的，必須通過(guò)各種驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)電路來(lái)提高驅(qū)動(dòng)能力。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 LMD18200 原理及應(yīng)用 LMD18200 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司 (NS)推出的專(zhuān)用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的 H 橋組件。同一芯片上集成有 CMOS 控制電路和 DMOS 功率器件，利用它可以與主處理器、電機(jī)和增量型編碼器構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。 LMD18200 廣泛應(yīng)用于打印機(jī)、機(jī)器人和各種自動(dòng)化控制領(lǐng)域。下面介紹 LMD18200 芯片的結(jié) 構(gòu)、原理及其典型應(yīng)用。 （ 1）主要性能 峰值輸出電流高達(dá) 6A，連續(xù)輸出電流達(dá) 3A； 工作電壓高達(dá) 55V； Low RDS(ON) typically per switch； TTL/CMOS 兼容電平的輸入； 無(wú) “ shootthrough” 電流； 具有溫度報(bào)警和過(guò)熱與短路保護(hù)功能； 芯片結(jié)溫達(dá) 145℃，結(jié)溫達(dá) 170℃時(shí)，芯片關(guān)斷； 具有良好的抗干擾性。 （ 2） 典型應(yīng)用 l 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)、步機(jī)電機(jī) l 伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)位置與轉(zhuǎn)速 l 應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng) l 應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng) l 應(yīng)用于電腦打 印機(jī)與繪圖儀 （ 3） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說(shuō)明 LMD18200 外形結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，內(nèi)部電路框圖 2 如圖所示。它有 11 個(gè)引腳 ,采用 TO220 和 雙 列 直 插 式 封 裝 。 23 各引腳的功能如下 24 25 LMD18200 工作原理： 內(nèi)部集成了四個(gè) DMOS 管，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 H 型驅(qū)動(dòng)橋。通過(guò)充電泵電路為上 橋臂的 2 個(gè)開(kāi)關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個(gè) 300kHz 左右的工作頻率。 可在引腳 11 外接電容形成第二個(gè)充電泵電路，外接電容越大，向開(kāi)關(guān) 管柵極 輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時(shí)間越短，工作頻率可以更高。引腳 10 接直流電機(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳 10；反轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳 10 到引腳 2。電流檢測(cè)輸出引腳 8 可以接一個(gè)對(duì)地電阻，通過(guò)電阻來(lái)輸出過(guò)流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過(guò)電流閾值為