【正文】 N 驅(qū)動(dòng)電路圖 注： L298N 右側(cè)的 8 個(gè)二極管的作用是，在電機(jī)換向和停止前，電機(jī)還在轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞中產(chǎn)生電流，二極管用來(lái)續(xù)流的。 此時(shí)，控制電機(jī)的脈沖由程序產(chǎn)生，步進(jìn)電機(jī)的控制頻率bnf ?6? （步 /s） n ——所要求的步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速， minr ； b? ——步距角，（ 176。） 設(shè)定步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械臂從 0176。運(yùn)動(dòng)到 45176。位置，所需的時(shí)間為 5 秒，則步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速 min45rn? 。 ******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 因此，步進(jìn)電機(jī)的控制 頻率 Hzf 456 ??? 。 又 f 低于步進(jìn)電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率 spulse600 ，且在單片機(jī)所能提供的脈沖頻率范圍內(nèi)（ 0~16MHz）。因此，此驅(qū)動(dòng)電路在功能上滿足本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)需求。 脈沖 通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn) 。 具體軟件分析請(qǐng)見(jiàn)第四章。 驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)缺點(diǎn)分析 （ 1）此驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)是： 電路搭建比較簡(jiǎn)單易行，設(shè)計(jì)思路清晰 且成本較低 。 （ 2）此驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn)是： 引入了 減速機(jī) 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 MD540 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) MD540 概述 MD540 是以一款高性能多細(xì)分型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。采用專用 ASIC 控制器，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可靠性高，低噪聲，高精度；提供 ～ 范圍 8檔電流輸出，多達(dá) 14 種細(xì)分；適用于中、小電流應(yīng)用的 57 及以下步進(jìn)電機(jī)。其實(shí)物圖如下： 圖 MD540 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 功能特點(diǎn) 供電電壓 DC12V~42V；峰值電流 ~， 8 檔可調(diào)，分辨率 ；多達(dá) 14 種細(xì)分， 2， 4， 8， 16， 32， 64， 128， 256， 5， 10， 25， 50， 125，250；高速光耦輸入隔離；可設(shè)置的自動(dòng)半流功能；過(guò)壓，欠壓，過(guò)流保護(hù)。小巧體積（ ?? ）便于安裝。 表 3—2 信號(hào)接口 信號(hào) 描述 PUL+/CW+ 單脈沖輸入模式時(shí)，步進(jìn)脈沖輸入信號(hào)，上升沿有效。 雙脈沖輸入模式時(shí)，正轉(zhuǎn)脈沖輸入信號(hào)，上升沿有效。 PUL/CW DIR+/CCW+ 單脈沖輸入模式時(shí)，方向控制信號(hào)。 雙脈沖輸入模式時(shí)，反轉(zhuǎn)脈沖輸入信號(hào)，上升沿有效。 DIR/CCW ENABLE+ 驅(qū)動(dòng)器使能輸入信號(hào)。 ENABLE+為高， ENABLE為低：禁止驅(qū)動(dòng)器 ，電機(jī)處于自由狀態(tài)。 如果不使用這個(gè)功能，這兩個(gè)輸入端懸空即可。 ENABLE 表 3—3 電流設(shè)置表 (峰值 Peak=均值 RMS x ) 峰值 電流 SW1 SW2 SW3 ON ON ON OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF OFF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF SW4：用來(lái)設(shè)置半流。 off=半流 。 on=全流。本設(shè)計(jì)中使用半流模式。 SW9：用來(lái)設(shè)置輸入信號(hào)脈沖模式， off 為單脈沖輸入模式， on 為雙脈沖輸入模式。本設(shè)計(jì)中使用單脈沖模式。 ******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 28 表 3— 4 細(xì)分設(shè)置表 microstep Steps/rev SW5 SW6 SW7 SW8 2 400 ON ON ON ON 4 800 OFF ON ON ON 8 1600 ON OFF ON ON 16 3200 OFF OFF ON ON 32 6400 ON ON OFF ON 64 12800 OFF ON OFF ON 128 25600 OFF OFF OFF ON 256 51200 ON OFF OFF ON 5 1000 ON ON ON OFF 10 2021 OFF ON ON OFF 25 5000 ON OFF ON OFF 50 10000 OFF OFF ON OFF 125 25000 ON ON OFF OFF 250 50000 OFF ON OFF OFF 本設(shè)計(jì)采用 32 細(xì)分， SW SW SW8 置 ON， SW7 置 OFF。 控制電路連接 該驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)連接采用共陽(yáng)極接法，如下圖所示： 圖 MD540 連線圖 其中， GND 與 +V 之間接 12V 電源。 ******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 29 為達(dá)到課題設(shè)定的運(yùn)動(dòng)精度，采用 32 細(xì)分即可。若轉(zhuǎn)速同樣是是 5s 內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò) 45176。角，即機(jī)械臂的轉(zhuǎn)速是 s?9 ， 則單片機(jī)應(yīng)提供給驅(qū)動(dòng)器的脈沖頻率是 Hzf 9 ?? 。 脈沖來(lái)源依舊是 對(duì)軟件編程 。 驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)缺點(diǎn)分析 此種驅(qū)動(dòng)方式控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的精確度與 L298N 驅(qū)動(dòng)相差不大，但是未引入 減速器 。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇 綜合以上兩種驅(qū)動(dòng)方式，本著控制系統(tǒng)穩(wěn)、準(zhǔn)、快的設(shè)計(jì)思路， 當(dāng)選用L298N 驅(qū)動(dòng)電路時(shí)還需加入減速器?？紤]系統(tǒng)簡(jiǎn)潔性，因此 選定本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為 MD540步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、對(duì)比與選擇 由于單片機(jī)的 IO 口輸出電流有限，需要借助功放芯片對(duì)直流伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。直流伺服電機(jī)的控制采用 PWM 方式，其控制方法將在第四章軟件設(shè)計(jì)中討論，在此不作贅述。在本章著重討論驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，下面分別就基于 BTS7960和 MC33886這兩款芯片設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路并作出分析、對(duì)比、優(yōu)選。 基于 BTS7960 的驅(qū)動(dòng)電路 BTS7960簡(jiǎn)介 BTS7960是 NovalithIC 的一款較大大功率的 8引腳功放器件，其邏輯功能圖如下： ******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 圖 BTS7960邏輯功能圖 該芯片對(duì)應(yīng)的引腳說(shuō)明請(qǐng)見(jiàn)下表： 表 3—5 引腳說(shuō)明 ： 引腳標(biāo)號(hào) 符號(hào) 功能 1 GND 接地 2 IN 輸入信號(hào)，高電平有效 3 INH 使能，低電平進(jìn)入睡眠模式 8 OUT 橋的功率輸出 5 SR 電壓轉(zhuǎn)換速率，通過(guò)接電阻使得在接地 GND 與電壓轉(zhuǎn)換 SR 中轉(zhuǎn)化 6 IS 當(dāng)前信號(hào)采集 7 VS 供電 ******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 31 基于 BTS7960的驅(qū)動(dòng)電路 此 驅(qū)動(dòng)電路采用兩片 BTS7960芯片， 其 控制方式 為 由 IN IN2兩路輸入直流伺服電機(jī)的控制信號(hào)，通過(guò)改變控制信號(hào)的輸入，從而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停車(chē)。 OUT OUT2分別接電機(jī)的兩個(gè)接線端子，給電機(jī)輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 驅(qū)動(dòng)電路的電路圖如下： 圖 基于 BTS7960的驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)缺點(diǎn)分析 （ 1）優(yōu)點(diǎn)： BTS7960控制方便，因此設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、易于搭建；控制電流范圍 0——46A，范圍大，適應(yīng)電機(jī)的電壓范圍廣。 （ 2）缺點(diǎn)：一般 而言，驅(qū)動(dòng)器所要求的最大電流是所用電機(jī)最大電流的 2倍即可。對(duì)于本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的直流伺服電機(jī)而言，控制電流范圍過(guò)大，實(shí)際制作過(guò)程中，需要將四個(gè)引腳搭在一起，作為供給 BTS7960的輸入或輸出引腳，以增大電流，增加了不必要的操作 ，而且浪費(fèi)了部分芯片功能；使用兩片芯******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 32 片，增加成本。 基于 MC33886的驅(qū)動(dòng)電路 MC33886簡(jiǎn)介 MC33886是 Motorola 公司生產(chǎn)的一種半導(dǎo)體 H 橋驅(qū)動(dòng)芯片。其結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 MC33886結(jié) 構(gòu)圖 MC33886芯片的真值表 表 3—6 真值表 輸入 輸出 D1 /D2 IN1 IN2 OUT1 OUT2 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 ******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 33 在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)向 IN IN2 口送出 PWM 波來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。 其余引腳按照官方技術(shù)文檔給出的標(biāo)準(zhǔn)接法接入電路即可，在此不作贅述。 基于 MC33886 的驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路的電路圖設(shè)計(jì)如下： 直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)AGND1FS2IN13V+4V+5OUT16OUT17DNC8PGND9PGND10PGND11PGND12D213OUT214OUT215V+16CPP17D118IN219DNC20U4MC33886OUT1GNDVCC 12V10KR9GND47uFC7GNDIN1IN2GND33nFC8GNDOUT2VDD 5V 圖 基于 MC33886 的驅(qū)動(dòng)電路 圖中，由 OUT OUT2 連接直流伺服電機(jī)的兩個(gè)接線端子，由向 ININ2 輸入 PWM 波進(jìn)而驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)設(shè)定 PWM 波的占空比控制直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速， PWM 波的形式控制直流伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 在本設(shè)計(jì)中，設(shè)定恒占空比 50%。 驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)缺點(diǎn)分析 (1)驅(qū)動(dòng)電流范圍 0——5A,其最大電流值略大于所選用直流伺服電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流的 2 倍，較 BTS7960 而言略優(yōu)； 采用 1 片芯片，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。 ******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 34 (2)采用 PWM 技術(shù) 控制電機(jī)，控制精 度比較精確，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的控制精度。 直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的選擇 綜合以上驅(qū)動(dòng)電路特點(diǎn) ，本課題設(shè)計(jì)的二維度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器采用基于 MC33886 的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 44? 矩陣鍵盤(pán)的設(shè)計(jì) 44? 矩陣鍵盤(pán)模塊制作得已經(jīng)很成熟，這里只做簡(jiǎn)單介紹。本設(shè)計(jì)所使用的 44? 矩陣鍵盤(pán)的電路連接圖如下圖所示：1 2 3546 7 89 0 A B1 12 2 1 2 1 21 2 1 2 1 2 1 21 2 1 2 1 2 1 2C D E F1 2 1 2 1 2 1 2330R1Res2330R2Res2330R3Res2330R4Res2330R5Res2330R6Res2330R7Res2330R8Res2K8K7K6K5K4K3K2K14*4 鍵盤(pán)接口 圖 44? 矩陣鍵盤(pán) ******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 35 各個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的功能如下： 數(shù)字鍵對(duì)應(yīng)：按鍵 1—1； 按鍵 2—2； 按鍵 3—3； 按鍵 5—4； 按鍵 6—5； 按鍵 7—6； 按鍵 9—7； 按鍵 0—8； 按鍵 A—9； 按鍵 D—0； 功能鍵對(duì)應(yīng)：按鍵 4—確認(rèn)，功能是確認(rèn)輸入的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)； 按鍵 8—?jiǎng)h除 ，功能是 刪除 輸入的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)； 按鍵 B—開(kāi)始工作，功能是當(dāng)操作者確認(rèn)自己輸入的運(yùn)動(dòng) 坐標(biāo)無(wú)誤后，按下此鍵系統(tǒng)開(kāi)始工作； 鍵盤(pán)輸入為固定格式，均為 . 。 例如，輸入 X 向坐標(biāo)時(shí)，若想輸入 100mm，則輸入數(shù)字 1000,，若想輸入 ，則輸入數(shù)字 0036；輸入轉(zhuǎn)角坐標(biāo)時(shí)，若想輸入 35176。，則 輸入數(shù)字 0350，若想輸入 176。，則輸入數(shù)字 0355 即可。 其它按鍵無(wú)定義，不使用。 有一點(diǎn)需要注意的是，按鍵在閉合和斷開(kāi)時(shí)，觸點(diǎn)會(huì)存在抖動(dòng)現(xiàn)象，需要消除抖動(dòng)。消抖的方法有兩種，一種是硬件方法消抖，一種是軟件方法消抖。軟件方法消抖將在第四章軟件設(shè)計(jì)中介紹，在此不作贅述。硬件消抖電路與波形請(qǐng)見(jiàn)下圖： 圖 鍵盤(pán)抖動(dòng)現(xiàn)象波形和電路圖 ******大學(xué)本科生畢業(yè)論文 36 在本設(shè)計(jì)中，設(shè)定鍵盤(pán)工作在掃描方式，掃描鍵盤(pán)是否有外界輸入，這種工作方式簡(jiǎn)單有效，具體內(nèi)容詳見(jiàn)第四章軟件設(shè)計(jì)。 顯示模塊 ——LCD 顯示屏 1602 本設(shè)計(jì)需顯示三種信息：