【正文】 徑 ； 該 反 饋 線 起 到 了 使 觸 發(fā) 器 維 持 在 0 狀 態(tài) 和 阻 止 觸 發(fā) 器 變 為 1 狀 態(tài) 的 作 用 ,故該 反 饋 線 稱 為 置 0 維 持 線 ,置 1 阻 塞 線 。 Q4 為 0 時 ， 將 G3 和 G6 封 鎖 ， D 端 通往 基 本 RS 觸 發(fā) 器 的 路 徑 也 被 封 鎖 。 Q4 輸 出 端 至 G6 反 饋 線 起 到 使 觸 發(fā) 器 維 持在 1 狀 態(tài) 的 作 用 ， 稱 作 置 1 維 持 線 ； Q4 輸 出 至 G3 輸 入 的 反 饋 線 起 到 阻 止 觸 發(fā)器 置 0 的 作 用 ,稱 為 置 0 阻 塞 線 。 因 此 ， 該 觸 發(fā) 器 常 稱 為 維 持 阻 塞 觸 發(fā) 器 ?？?之 ， 該 觸 發(fā) 器 是 在 CP 正 跳 沿 前 接 受 輸 入 信 號 ， 正 跳 沿 時 觸 發(fā) 翻 轉(zhuǎn) ， 正 跳 沿后 輸 入 即 被 封 鎖 ,三 步 都 是 在 正 跳 沿 后 完 成 ， 所 以 有 邊 沿 觸 發(fā) 器 之 稱 。 與 主 從觸 發(fā) 器 相 比 ,同 工 藝 的 邊 沿 觸 發(fā) 器 有 更 強 的 抗 干 擾 能 力 和 更 高 的 工 作 速 度 。 D 觸發(fā)器電路D 觸發(fā)器電路如圖 38 所示： 30 1011U2E74HC1412 3U6A74HC08111213U6D74HC08IN1IN2CHOPING ADire A圖 38 D 觸發(fā)器電路 驅(qū)動電路原理圖驅(qū)動電路原理圖如圖 39 所示：321Q18C1815231Q102N5401R11k1 2U1A7407321Q19C1815231Q12N5401R41k9 8U1D740712V12V1011 U2E74HC1412 3U6A74HC08111213U6D74HC08圖 39 驅(qū)動電路原理圖 信號的放大電路TL084 是高速的四通道運算放大器，在一個單片集成電路里包含了良好匹配的高壓及雙極性三極管。它具有寬共模和差模電壓范圍、低輸入偏置及偏移電流、 31 輸出短路保護、高輸入阻抗、內(nèi)部頻率補償、鎖定自由操作、高循環(huán)率等特性。其 3 腳是通道 1 的輸出端、反相輸入端、同相輸入端，7 腳是通道2 的同相輸入端、反相輸入端、輸出端，10 腳是通道 3 的輸出端、反相輸入端、同相輸入端，1114 腳是通道 4 的同相輸入端、反相輸入端、輸出端，4 腳是正電源，11 腳是負電源（或單電源使用時的電源地） ，放大電路原理圖如圖310 所示。32 1411ATL0841213 14U14DTL0849V7VRFBAAGNDAGNDAGNDAGND圖 310 放大電路原理圖 步進電機的檢測電路 TL082 的特點TL082 是一通用的 JFET 雙運算放大器。其特點是：。:16V/us(典型值)。：VCC=+/18V。 32 TL082 引腳功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖TL082 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 311 所示：圖 311 TL082 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖表 31 TL082 引腳功能腳號 腳 名 功能 腳號 腳名 功能1 Output 1 輸出 1 5 Non inverting input 2正向輸入 22 Inverting input 1 反向輸入 1 6 Inverting input 2 反向輸入 2 3 Non inverting input 1正向輸入 1 7 Output 2 輸出 24 VCC 電源 8 VCC+ 電源 33 檢測電路原理圖檢測電路原理圖如圖 312 所示：R61kC15271 R51k R3650100kAGNDAGND56 7U3BTL082C5104C41047VAGNDAGND圖 312 檢測電路原理圖 H橋電路 H 橋簡介H 橋電路是一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H 橋電路”是因為它的形狀酷似字母 H。4 個三極管組成 H 的 4 條垂直腿，而電機就是 H 中的橫杠，如 34 圖 313 所示，H 橋電路包括 4 個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。圖 313 H 橋基本電路要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如，如圖 314 所示，當(dāng) Q1 管和 Q4 管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4 回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。另一對三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機。當(dāng)三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動。 35 如圖 314 H 橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機時，保證 H 橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。如果三極管 Q1 和 Q2 同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈?，在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。圖 315 所示就是基于這種考慮的改進電路，它在基本 H 橋電路的基礎(chǔ)上增加了 4 個與門和 2 個非門。4 個與門同一個“使能”導(dǎo)通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。而 2 個非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時候在 H 橋的同側(cè)腿上都只有一個三極管能導(dǎo)通。采用以上方法，電機的運轉(zhuǎn)就需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。如果 DIR－L 信號為0，DIR－R 信號為 1，并且使能信號是 1，那么三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機；如果 DIR－L 信號變?yōu)?1，而 DIR－R 信號變?yōu)?0，那么 Q2 和 Q3 將導(dǎo)通，電流則反向流過電機。 36 圖 315 具有使能控制和方向邏輯的 H 橋電路 H 橋電路原理圖 由于本課題是以兩相混合式步進電機為例，所以需要驅(qū)動兩相，此原理圖只是 B 相，A 相和其相同，此處沒有列出，H 橋電路如圖 316 所示： 37 PHASEB PHASEBD2BYW76D6BYW76D1BYW76 D5BYW7630V30VR21 51 R24 51R22 10k R26 10k123DG S Q5IRF9540123DG S Q7IRF9540123GDSQ1IRF540 123GDSQ3IRF540R19 51R20 10kR23 51R25 10kMOSEFT1 MOSEFT2MOSEFT3 MOSEFT4圖 316 H 橋電路原理圖 本章小結(jié)在分析了步進電機驅(qū)動技術(shù)的基礎(chǔ)上，本章詳細介紹了步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計，同時介紹了主要模塊電路的結(jié)構(gòu)，并分析了他們的工作原理，包括主控制電路、D/A 轉(zhuǎn)換電路、放大電路、檢測模塊等，同時就現(xiàn)在的步進電機在運行時存在的問題作了詳細的分析。第 4 章 步進電機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 38 軟件設(shè)計的基本原則系統(tǒng)中控制任務(wù)的實現(xiàn)最終是靠控制軟件來完成的，控制軟件的設(shè)計將直接決定整個系統(tǒng)的控制性能，以下首先闡述一下軟件設(shè)計的一些基本要求，然后再概述本系統(tǒng)軟件的設(shè)計方案。單片機必須在一定的時間內(nèi)，完成一系列的軟件處理過程，如對系統(tǒng)的被參數(shù)(如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等)的反饋信號進行采樣、計算、邏輯判斷和分析，按照規(guī)定的控制僚法進行數(shù)值計算，輸出各種控制信號，以及對可能出現(xiàn)的故障進行報警和處理。軟件的可靠性是指軟件在運行過程中避免發(fā)生故障的能力，以及一旦發(fā)生故障后的解脫和排除故障的能力。因此，為了提高軟件的可靠性，軟件設(shè)計時要考慮系統(tǒng)運行過程中可能出現(xiàn)的一切非正常情況，且在系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，如用戶按錯鍵，輸入錯誤參數(shù)等錯誤操作，或發(fā)生程序受外界嚴重干擾而“跑飛”等情況時，也要有一定的對策，以防止對系統(tǒng)造成嚴重損失。一個完整的控制軟件，通常需要一個不斷地設(shè)計、調(diào)試、修改和完善的過程，才會最終滿足系統(tǒng)所需的功能要求。因此，在軟件的總體設(shè)計時，必須要有良好的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計，以便于程序的反復(fù)調(diào)試、修改和補充，并保證最終的軟件仍具有簡潔明了的結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)控制軟件采用匯編語言編寫。匯編語言是用符號表示的指令，是對機器語言的改進。匯編語言是直接對硬件操作的語言，因此，每一條匯編語句對應(yīng)一定的硬件操作，意義明確，調(diào)試時十分方便，它具有很高的編譯效率和執(zhí)行效率。 主程序設(shè)計系統(tǒng)軟件主要完成按盤掃描、指示燈顯示、和脈沖輸出。主程序主要完成硬件初始化、子程序調(diào)用等功能，適當(dāng)使各項功能模塊化。為了節(jié)省單片機CPU資源， 39 合理利用單片機定時器控制脈沖的頻率，改變轉(zhuǎn)速。根據(jù)以上分析得到的程序流程圖如圖41所示。開 始指 示 燈 顯 示 鍵 盤 掃 描 ， 是 否 有 鍵 按 下 ？判 斷 是 哪 個 鍵 按 下電 機 正 傳電 機 反 轉(zhuǎn)電 機 加 速電 機 減 速停 止結(jié) 束 初 始 化 , 停 止 發(fā) 送 脈 沖鍵 1鍵 2 鍵 3 鍵 4鍵 5是否圖41 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖 D/A 轉(zhuǎn)換電路流程圖在本課題中，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路采樣所得到的電壓信號的值是PID控制算法的被控參數(shù)。其程序流程圖如圖42所示. 40 開始選數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片T L C 7 5 2 8選通位移信號延時一秒鐘啟動檢測R F B B ? = 0讀入高 8 位乘以 1 6在與 0 f f 0 相與讀入低四位右移四位與 0 0 0 f 相與返回高低位數(shù)據(jù)相加后的值返回否圖42 D/A轉(zhuǎn)換電路流程圖 PID 子程序流程圖由于計算機每次只輸出控制增量——每次閥位的變化，故機械故障時影響范圍較小。必要時可通過邏輯判斷，限制或禁止故障時輸出，從而不會嚴重影響系統(tǒng)的工況。而在算式中不需要累加，控制增量的確定僅與最近幾次的采樣有關(guān)， 41 較容易通過加權(quán)處理以獲得比較好的控制效果。其增量式PID控制算法子程序流程圖如圖43所示。增 量 式 P I D算 法 程 序輸 入 y ( k T ) 的 采 樣 值 ， R 給 定 值計 算 e ( k T ) = R y ( k T )計 算 ( k T ) = [ e ( k T ) e ( k T T ) ]uPpi計算 ( k T ) = [ e ( k T ) 2 e ( k T T ) + e ( k T 2 T ) ]D d計 算 ( k T ) = ( k T ) + ( k T )+ ( k T )u?puid返 回計 算 ( k T ) = e ( K t )i圖43 PID子程序流程圖 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序主要完成的功能：給驅(qū)動器輸送控制字，控制步進電動機的運行，選擇步進電機的細分狀態(tài)以及電機的運行初始方向等。為了實現(xiàn)電機的平穩(wěn)運行，單片機通過軟件可對控制脈沖進行分配，實現(xiàn)細分控制，中斷服務(wù)程序流 42 程程序如圖44所示。開始調(diào)用細分判斷程序設(shè)置細分標(biāo)志符各個細分程序返回圖 44 中斷服務(wù)程序流程圖 本章小結(jié)本章主要是針對各模塊的運行作了詳細的軟件設(shè)計，同時也說明了軟件設(shè)計的基本原則，首先對步進電機的主程序作了介紹，最后簡明扼要的介紹了各個子程序。總 結(jié) 43 本文以兩相混合式步進電動機為研究對象，重點研究了高精度步進電動機系統(tǒng)的控制技術(shù)，對兩相混合式步進電動機驅(qū)動器的控制系統(tǒng)的組成方案、驅(qū)動技術(shù)、系統(tǒng)硬件控制電路設(shè)計及系統(tǒng)控制軟件設(shè)計等作了一個初步的探索。經(jīng)過了半年的努力研究基本上對步進電機控制系統(tǒng)的研究有了一定的了解。在論文的第一章主要介紹了步進電機的發(fā)展概況和步進電機在運行時存在的問題，第二章主要介紹步進電機的結(jié)構(gòu)、工作原理和步進電機在工作時常用的一些控制算法。而第三章主要是根據(jù)電機的原理和電機存在的問題作了詳細的硬件設(shè)計，此硬件電路主要解決的以下問題：，由于步距角大，運行時存在明顯的步進感，不能精