【導(dǎo)讀】Pulsemotor或Stepperservo，其應(yīng)用發(fā)展已有約80年的歷史。成正比，位移量與脈沖數(shù)成正比。步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可以對旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動速度進(jìn)行高精度控制。子旋轉(zhuǎn)實(shí)際上就是以一定的規(guī)律控制定子繞組的電流來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。來一個脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個步距角，稱為一步。根據(jù)電壓脈沖的分配。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周的步數(shù)相同，在不丟步。的情況下運(yùn)行，其步距誤差不會長期積累。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用[2]。面的快速發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)的控制發(fā)生了革命性變革?？ㄆ喿x機(jī)，主動輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)和存儲器存取機(jī)構(gòu)等，步進(jìn)電機(jī)也在軍用儀器，為了得到良好的控制性能，對步進(jìn)電機(jī)的控制的研究就一直沒有停止過，最終實(shí)現(xiàn)由PC機(jī)直接控制步進(jìn)電機(jī)的方法。按步進(jìn)電機(jī)的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)可以采用軟

　　

【正文】 ＝假設(shè)位＝1） 第二次尋找結(jié)果： 11000000 （若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位＝假設(shè)位＝1） 第三次尋找結(jié)果： 11000000 （若假設(shè)值 輸 入值，則尋找位＝該假設(shè)位＝ 0） 第四次尋找結(jié)果： 11010000 （若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位＝假設(shè)位＝1） 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 34 第五次尋找結(jié)果： 11010000 （若假設(shè)值 輸入值，則尋找位＝該假設(shè)位＝ 0） 第六次尋找結(jié)果： 11010100 （若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位＝假設(shè)位＝1） 第七次尋找結(jié)果： 11010110 （若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位＝假設(shè)位＝1） 第八次尋找結(jié)果： 11010110 （若假設(shè)值 輸入值，則尋找位＝該假設(shè)位＝ 0） 這樣使用二分法的尋找方式， 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器只要 8 次尋找， 12 位的A/D 轉(zhuǎn)換器只要 12 次尋找，就能完成轉(zhuǎn)換的動作，其中的輸入值代表圖 4..10的模擬輸入電壓 Vin。 對 8 位 ADC0804 而言，它的輸出準(zhǔn)位共有 28＝ 256 種，即它的分辨率是1/256，假設(shè)輸入信號 Vin 為 0～ 5V 電壓范圍，則它最小輸出電壓是 5V/256＝ ，這代表 ADC0804 所能轉(zhuǎn)換的最小電壓值。 分辨率與內(nèi)部轉(zhuǎn)換頻率的計算 對 8 位 ADC0804 而言，它的輸出準(zhǔn)位共有 28＝ 256 種，即它的分辨率是1/256，假設(shè)輸入信號 Vin 為 0～ 5V 電壓范圍，則它最小輸出電壓是 5V/256＝ ，這代表 ADC0804 所能轉(zhuǎn)換的最小電壓值 。 表 列出的是 8～12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率和最小電壓轉(zhuǎn)換值 。 表 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率和最小電壓值 位數(shù)目 分辨率 最小電壓轉(zhuǎn)換值 8 1/256 10 1/1024 12 1/4096 圖 是 ADC0804 與 CPLDamp。FPGA、 8051 單片機(jī)等典型連接圖 至于內(nèi)部的哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 35 轉(zhuǎn)換頻率 fCK，是由圖 的 CLKR（ 19 腳）、 CLK IN（ 4 腳）所連接的 R（）、C()值 來決定。 圖 ADC0804與 CPLDamp。FPGA、 8051單片機(jī)等典型連接圖 頻率計算方式是： fCK＝ 1/(179。 R179。 C) 若以上圖的 R＝ 10KΩ、 C＝ 150PF為例，則內(nèi)部的轉(zhuǎn)換頻率是 fCK＝ 1/（ 179。 10 KΩ179。 150PF）＝ 606KHz 更換不同的 R、 C 值，會有不同的轉(zhuǎn)換頻率，而且頻率愈高代表速度愈快。但是需要注意 R、 C 的組合，務(wù)必使頻率范圍是在 100KHz～ 1460KHz 之間。 電流檢測模塊電路圖 如圖 所示， OP07 的 3 腳是反向輸入端， 4 腳是同向輸入端， 6 腳輸出端。按照如圖所示的接法及對 應(yīng)電阻值的大小，我們很容易知道，此連接后的電壓放大倍數(shù)是 80 倍，且為同向放大。 OP07 放大的信號來源是 L298 的 1 腳測電流的小電阻分出來的電壓，然后經(jīng) OP07 放大之后的信號送給 0804 處理。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 36 圖 電流檢測模塊電路圖 獨(dú)立按鍵電路設(shè)計 本設(shè)計一共設(shè)計了四個按鍵 ，其中一個是單片機(jī)復(fù)位電路按鍵，剩余三個按鍵是分別一端接 口， 口， 口另一端接地。此時按鍵的工作原理是按下按鍵之后就相當(dāng)于是把對應(yīng)的端口的電勢拉低。 在處理按鍵程序前就先去抖動，防止因按 鍵時產(chǎn)生的機(jī)械抖動而錯誤的重復(fù) 執(zhí)行相應(yīng)程序。所有按鍵處理程序都是在等按下后 執(zhí)行的。這些在軟件編設(shè)計部分都會有說明。 本章 小 結(jié) 本章就是通過對我的整個系統(tǒng)按照各個模塊分別講解來加深對整個系統(tǒng)的硬件部分的理解。各個模塊中我們對使用到的芯片進(jìn)行了詳細(xì)的介紹， 然后結(jié)合芯片資料完成了對應(yīng)模塊的硬件設(shè)計。 對以上的單片機(jī)最 小 系統(tǒng)，串口通信模塊，數(shù)碼管顯示電路，電機(jī)驅(qū)動模塊，驅(qū)動電流檢測模塊各個部分進(jìn)行設(shè)計論證后然后銜接起來完成了整個硬件部分的設(shè)計 ， 系統(tǒng)的總體原理圖見附錄。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 37 第 4 章 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)的軟 件設(shè)計主要分為系統(tǒng)初始化、 延時子程序 、 按鍵響應(yīng)程序，數(shù)碼管顯示程序， 讀 ADC0804 子程序 及控制脈沖輸出幾部分，事實(shí)上每一部分都是緊密相關(guān)的，每個功能模塊對于整體設(shè)計都是非常重要，單片機(jī)AT89S51 通過軟件編程才能使系統(tǒng)真正的運(yùn)行起來，軟件設(shè)計的好壞也直接決定了系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。 程序流程圖的設(shè)計遵循自頂向下的原則，即從主體遂逐步細(xì)分到每一個模塊的流程。在流程圖中把設(shè)計者的控制過程梳理清楚。 具體程序的講解將在本章各節(jié)做詳細(xì)講解。 系統(tǒng)軟件主流程圖 當(dāng)給系統(tǒng)供電以后，通過單片機(jī)復(fù)位電路對系統(tǒng)進(jìn)行上電復(fù) 位系統(tǒng)經(jīng)過初始化以后，便開始執(zhí)行按鍵查詢等待相應(yīng)的操作，當(dāng)有按鍵按下的時候程序便調(diào)用并執(zhí)行相應(yīng)的子程序，其具體的主流程圖 如下所示： 圖 主程序圖 開始系統(tǒng)初始化相應(yīng)按鍵子程序按鍵判斷NY相應(yīng)顯示子程序結(jié)束哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 38 系統(tǒng)初始化流程圖 對相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，包括系統(tǒng)上電默認(rèn)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定 ，包括兩相四拍的工作方式，初始速度檔位是 30 轉(zhuǎn) /分 ，系統(tǒng)中斷設(shè)定，定時器設(shè)定，載入定時器初值和默認(rèn)的工作參數(shù)等 ，具體流程圖如圖 所示。 開 始定 時 器 中 斷 允 許定 時 器 0 工 作 方 式 2載 入 定 時 器 初 值定 時 器 0 和 定 時 器 1 開 啟載 入 默 認(rèn) 工 作 參 數(shù)各 個 端 口 初 始 化 圖 系統(tǒng)初始化流程圖 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 39 按鍵子程序 延時子程序： 在本延時子程序當(dāng)中每調(diào)用一次延時子程序延時時間是1 毫秒。 按鍵響應(yīng)子函數(shù)：在本設(shè)計當(dāng)中按鍵的一端接地，另一端接單片機(jī)的對應(yīng)端口，所以當(dāng)按鍵按下，既是將單片機(jī)對應(yīng)端口電平拉低。所以在編程的時候判斷按鍵按下是低電平有效。 圖 畫出的是電機(jī)增速和減速的子程序框圖。 程 序 入 口去 抖 動結(jié) 束速 度 檔 位 加 1判 斷 增 速 按 鍵 按 下再 次 判 斷判 斷 是 否 是 最 高 速NYNYNY程 序 入 口去 抖 動結(jié) 束速 度 檔 位 減 1判 斷 減 速 按 鍵 按 下再 次 判 斷判 斷 是 否 是 最 低 速YYNYNN 圖 增速減速子程序 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 40 讀 ADC0804 和模式切換程序框圖如下圖 所示，在本設(shè)計當(dāng)中我的模式切換按鍵只有一個，負(fù)責(zé)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，電流控制和電機(jī)啟動和停止控制。由 于編程的時候設(shè)置的系統(tǒng)工作的默認(rèn)狀態(tài)是正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速 30 轉(zhuǎn) /分。所以通過連續(xù)按模式切換鍵依次實(shí)現(xiàn)的功能是電機(jī)反轉(zhuǎn)并顯示轉(zhuǎn)速，顯示電機(jī)電流，系統(tǒng)停止工作，系統(tǒng)正轉(zhuǎn)并顯示轉(zhuǎn)速依次切換。編程控制ADC0804 工作就主要是負(fù)責(zé)讀和寫端口的電平來實(shí)現(xiàn)的。 程 序 入 口讀 出 的 數(shù) 據(jù) 賦 予 a d d a t aP 1 口 全 部 置 1 準(zhǔn) 備啟 動 0 8 0 4 開 始 測 電 壓讀 轉(zhuǎn) 換 后 的 數(shù) 據(jù)讀 數(shù) 完 畢 返 回初 始 化電 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 及 顯 示系 統(tǒng) 停 止 工 作按 鍵 判 斷按 鍵 判 斷檢 測 電 流 及 顯 示按 鍵 判 斷NNNYYYY按 鍵 判 斷N 圖 讀 ADC0804 子程序及 模 式切換子程序 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的脈沖輸入方式： 兩相四拍通電方式： 正轉(zhuǎn)： AB— aB— ab— Ab— AB 反轉(zhuǎn)： AB— Ab— ab— aB— AB 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 41 兩相八拍通電方式： 正轉(zhuǎn)： AB— B— aB— a— ab— b— Ab— A— AB 反轉(zhuǎn)： AB— A— Ab— b— ab— a— aB— B— AB 以兩相四拍正轉(zhuǎn)為例其程序代碼如下： if(i==1) { AL=1。 BL=1。 aL=0。 bL=0。 } else if(i==2) { AL=0。 BL=1。 aL=1。 bL=0。 } else if(i==3) { AL=0。 BL=0。 aL=1。 bL=1。 } else if(i==4) { AL=1。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 42 BL=0。 aL=0。 bL=1。 i=0。 } 當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時，或者工作在兩相八拍模式下可以 按上面的代碼 類推。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 43 結(jié) 論 經(jīng)過為期一學(xué)期的學(xué)習(xí)和努力，本次設(shè)計順利完成，具體結(jié)論如下： 采用單片機(jī)作為控制核心，利用其強(qiáng)大的功能，把鍵盤電路和 數(shù)碼管顯示電路 ，電機(jī)驅(qū)動電路 ，電機(jī)電流檢測電路 有機(jī) 的結(jié)合起來，組成一個操作方便，交互性強(qiáng)的簡單 系統(tǒng)。 通過系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)，完成了全部的設(shè)計任務(wù)，具體功能如下：完成了整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件編程，能通過鍵盤電路控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制， 能實(shí)現(xiàn)啟動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速控制， 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速最低 25 轉(zhuǎn) /分，最高轉(zhuǎn)速 180 轉(zhuǎn) /分 ； 通過編程實(shí)現(xiàn)了通過單片機(jī)能輸出兩相四拍和兩相八拍的脈沖控制序列。驅(qū)動電路能提供 12V， 的驅(qū)動信號；整個電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動方向，檢測到的電機(jī)電流的大小等都能通過數(shù)碼管顯示出來； 整個的成果形式是最終以 步進(jìn)電機(jī)控制電路板的形式展示出來了。 在本設(shè)計中作為電機(jī)正常工作比較重要的電機(jī)驅(qū)動模塊，本設(shè)計中是采用驅(qū)動芯片 L298 及其外圍電路來實(shí)現(xiàn)的，其特點(diǎn)是成本低，可靠性高，出現(xiàn)問題容易維護(hù)，實(shí)現(xiàn)相對容易等特點(diǎn)。 在電機(jī)工作模式上本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的兩相四拍和兩相八拍兩種脈沖控制方式。 后續(xù)工作： 在本次設(shè)計中更多的是注重整體功能的實(shí)現(xiàn)，注重的是操作簡單，所以本系統(tǒng)采用了開環(huán)控制的方式，電機(jī)也是選用的最常用的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。通過在本設(shè)計中的學(xué)習(xí)和查閱資料，想要得到更高性能的控制，可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，采 用閉環(huán)的細(xì)分驅(qū)動電路。 本系統(tǒng)在設(shè)計的過程中由于沒有考慮到單片機(jī)的端口有限，所以在本設(shè)計中鍵盤掃描部分只用了四個按鍵，所以就出現(xiàn)了一個按鍵疊加很多功能的控制，比如有一個鍵能同事實(shí)現(xiàn)對電機(jī)工作模式，電機(jī)正反轉(zhuǎn)，電機(jī)電流顯示，電機(jī)停止等的控制，那么這樣的情況在實(shí)際生產(chǎn)生活中操作起來略顯哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 44 不方便，所以建議以后有做類似設(shè)計任務(wù)的時候，預(yù)先考慮全面，爭取一個鍵控制一個功能。 本設(shè)計的硬件制作部分完全是實(shí)行的手工焊接，沒有制作 PCB 板，這樣的后果就是 焊接完電路板之后容易出現(xiàn)問題，檢查麻煩，而且要是在后期全部制作調(diào) 試都完成后再中途出現(xiàn)問題了檢查起來是相當(dāng)?shù)穆闊?。所以建議以后有做類似設(shè)計任務(wù)或者實(shí)際應(yīng)用的時候，盡量采用 PCB 電路板的形式，這樣最大的好處就是硬件的可靠性高，外觀美觀簡潔，尤其是在大量設(shè)計的時候，采用 PCB 電路板成本也不高，值得采用。