【正文】 N 驅動電路圖 注： L298N 右側的 8 個二極管的作用是，在電機換向和停止前，電機還在轉動，電樞中產生電流，二極管用來續(xù)流的。 此時，控制電機的脈沖由程序產生，步進電機的控制頻率bnf ?6? （步 /s） n ——所要求的步進電機軸的轉速， minr ； b? ——步距角，（ 176。） 設定步進電機帶動機械臂從 0176。運動到 45176。位置，所需的時間為 5 秒，則步進電機軸的轉速 min45rn? 。 ******大學本科生畢業(yè)論文 26 因此，步進電機的控制 頻率 Hzf 456 ??? 。 又 f 低于步進電機的空載啟動頻率 spulse600 ，且在單片機所能提供的脈沖頻率范圍內（ 0~16MHz）。因此，此驅動電路在功能上滿足本設計的驅動需求。 脈沖 通過軟件編程實現(xiàn) 。 具體軟件分析請見第四章。 驅動電路優(yōu)缺點分析 （ 1）此驅動電路的優(yōu)點是： 電路搭建比較簡單易行，設計思路清晰 且成本較低 。 （ 2）此驅動方式的缺點是： 引入了 減速機 采用步進電機驅動器 MD540 驅動步進電機 MD540 概述 MD540 是以一款高性能多細分型步進電機驅動器。采用專用 ASIC 控制器，實時動態(tài)響應好，可靠性高，低噪聲，高精度；提供 ～ 范圍 8檔電流輸出，多達 14 種細分；適用于中、小電流應用的 57 及以下步進電機。其實物圖如下： 圖 MD540 步進電機驅動器 ******大學本科生畢業(yè)論文 27 功能特點 供電電壓 DC12V~42V；峰值電流 ~， 8 檔可調，分辨率 ；多達 14 種細分， 2， 4， 8， 16， 32， 64， 128， 256， 5， 10， 25， 50， 125，250；高速光耦輸入隔離；可設置的自動半流功能；過壓，欠壓，過流保護。小巧體積（ ?? ）便于安裝。 表 3—2 信號接口 信號 描述 PUL+/CW+ 單脈沖輸入模式時，步進脈沖輸入信號，上升沿有效。 雙脈沖輸入模式時，正轉脈沖輸入信號，上升沿有效。 PUL/CW DIR+/CCW+ 單脈沖輸入模式時，方向控制信號。 雙脈沖輸入模式時，反轉脈沖輸入信號，上升沿有效。 DIR/CCW ENABLE+ 驅動器使能輸入信號。 ENABLE+為高， ENABLE為低：禁止驅動器 ，電機處于自由狀態(tài)。 如果不使用這個功能，這兩個輸入端懸空即可。 ENABLE 表 3—3 電流設置表 (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：用來設置半流。 off=半流 。 on=全流。本設計中使用半流模式。 SW9：用來設置輸入信號脈沖模式， off 為單脈沖輸入模式， on 為雙脈沖輸入模式。本設計中使用單脈沖模式。 ******大學本科生畢業(yè)論文 28 表 3— 4 細分設置表 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 本設計采用 32 細分， SW SW SW8 置 ON， SW7 置 OFF。 控制電路連接 該驅動器的控制信號連接采用共陽極接法，如下圖所示： 圖 MD540 連線圖 其中， GND 與 +V 之間接 12V 電源。 ******大學本科生畢業(yè)論文 29 為達到課題設定的運動精度，采用 32 細分即可。若轉速同樣是是 5s 內轉過 45176。角，即機械臂的轉速是 s?9 ， 則單片機應提供給驅動器的脈沖頻率是 Hzf 9 ?? 。 脈沖來源依舊是 對軟件編程 。 驅動電路優(yōu)缺點分析 此種驅動方式控制步進電機轉動的精確度與 L298N 驅動相差不大，但是未引入 減速器 。 步進電機驅動模塊的選擇 綜合以上兩種驅動方式，本著控制系統(tǒng)穩(wěn)、準、快的設計思路， 當選用L298N 驅動電路時還需加入減速器?？紤]系統(tǒng)簡潔性，因此 選定本設計的步進電機驅動模塊為 MD540步進電機驅動器。 直流伺服電機驅動電路的設計、對比與選擇 由于單片機的 IO 口輸出電流有限，需要借助功放芯片對直流伺服電機進行驅動。直流伺服電機的控制采用 PWM 方式，其控制方法將在第四章軟件設計中討論，在此不作贅述。在本章著重討論驅動電路的設計，下面分別就基于 BTS7960和 MC33886這兩款芯片設計驅動電路并作出分析、對比、優(yōu)選。 基于 BTS7960 的驅動電路 BTS7960簡介 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： ******大學本科生畢業(yè)論文 30 圖 BTS7960邏輯功能圖 該芯片對應的引腳說明請見下表： 表 3—5 引腳說明 ： 引腳標號 符號 功能 1 GND 接地 2 IN 輸入信號，高電平有效 3 INH 使能，低電平進入睡眠模式 8 OUT 橋的功率輸出 5 SR 電壓轉換速率，通過接電阻使得在接地 GND 與電壓轉換 SR 中轉化 6 IS 當前信號采集 7 VS 供電 ******大學本科生畢業(yè)論文 31 基于 BTS7960的驅動電路 此 驅動電路采用兩片 BTS7960芯片， 其 控制方式 為 由 IN IN2兩路輸入直流伺服電機的控制信號，通過改變控制信號的輸入，從而控制電機的正反轉及停車。 OUT OUT2分別接電機的兩個接線端子，給電機輸入驅動信號。 驅動電路的電路圖如下： 圖 基于 BTS7960的驅動電路 驅動電路優(yōu)缺點分析 （ 1）優(yōu)點： BTS7960控制方便，因此設計的驅動電路簡單、易于搭建；控制電流范圍 0——46A，范圍大，適應電機的電壓范圍廣。 （ 2）缺點：一般 而言，驅動器所要求的最大電流是所用電機最大電流的 2倍即可。對于本設計驅動的直流伺服電機而言，控制電流范圍過大，實際制作過程中，需要將四個引腳搭在一起，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 ，而且浪費了部分芯片功能；使用兩片芯******大學本科生畢業(yè)論文 32 片，增加成本。 基于 MC33886的驅動電路 MC33886簡介 MC33886是 Motorola 公司生產的一種半導體 H 橋驅動芯片。其結構圖如下： 圖 MC33886結 構圖 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 ******大學本科生畢業(yè)論文 33 在設計過程中通過向 IN IN2 口送出 PWM 波來控制電機的正轉、反轉。 其余引腳按照官方技術文檔給出的標準接法接入電路即可，在此不作贅述。 基于 MC33886 的驅動電路 驅動電路的電路圖設計如下： 直流伺服電機驅動AGND1FS2IN13V+4V+5OUT16OUT17DNC8PGND9PGND10PGND11PGND12D213OUT214OUT215V+16CPP17D118IN219DNC20U4MC33886OUT1GNDVCC 12V10KR9GND47uFC7GNDIN1IN2GND33nFC8GNDOUT2VDD 5V 圖 基于 MC33886 的驅動電路 圖中，由 OUT OUT2 連接直流伺服電機的兩個接線端子，由向 ININ2 輸入 PWM 波進而驅動直流伺服電機轉動。通過設定 PWM 波的占空比控制直流伺服電機的轉速， PWM 波的形式控制直流伺服電機的正反轉。 在本設計中，設定恒占空比 50%。 驅動電路優(yōu)缺點分析 (1)驅動電流范圍 0——5A,其最大電流值略大于所選用直流伺服電機堵轉電流的 2 倍，較 BTS7960 而言略優(yōu)； 采用 1 片芯片，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。 ******大學本科生畢業(yè)論文 34 (2)采用 PWM 技術 控制電機，控制精 度比較精確，有利于提高整個系統(tǒng)的控制精度。 直流伺服電機驅動電路的選擇 綜合以上驅動電路特點 ，本課題設計的二維度運動控制系統(tǒng)直流伺服電機的驅動器采用基于 MC33886 的驅動電路進行驅動。 44? 矩陣鍵盤的設計 44? 矩陣鍵盤模塊制作得已經很成熟，這里只做簡單介紹。本設計所使用的 44? 矩陣鍵盤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 鍵盤接口 圖 44? 矩陣鍵盤 ******大學本科生畢業(yè)論文 35 各個按鍵對應的功能如下： 數字鍵對應：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； 功能鍵對應：按鍵 4—確認，功能是確認輸入的運動坐標； 按鍵 8—刪除 ，功能是 刪除 輸入的運動坐標； 按鍵 B—開始工作，功能是當操作者確認自己輸入的運動 坐標無誤后，按下此鍵系統(tǒng)開始工作； 鍵盤輸入為固定格式，均為 . 。 例如，輸入 X 向坐標時，若想輸入 100mm，則輸入數字 1000,，若想輸入 ，則輸入數字 0036；輸入轉角坐標時，若想輸入 35176。，則 輸入數字 0350，若想輸入 176。，則輸入數字 0355 即可。 其它按鍵無定義，不使用。 有一點需要注意的是，按鍵在閉合和斷開時，觸點會存在抖動現(xiàn)象，需要消除抖動。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計中介紹，在此不作贅述。硬件消抖電路與波形請見下圖： 圖 鍵盤抖動現(xiàn)象波形和電路圖 ******大學本科生畢業(yè)論文 36 在本設計中，設定鍵盤工作在掃描方式，掃描鍵盤是否有外界輸入，這種工作方式簡單有效，具體內容詳見第四章軟件設計。 顯示模塊 ——LCD 顯示屏 1602 本設計需顯示三種信息：