【正文】 表中，數字值必須小于 10H，功能鍵的鍵值是大于或等于 10H 的。因此，CPU 判別被按按鍵是數字鍵還是功能鍵還是十分容易的：若被按按鍵的鍵值小于是 10H，則轉數字處理程序；若被按按鍵大于或等于 10H，則CPU 通過查表可以很快轉如相應按鍵的處理程序。 驅動部分設計 伺服系統(tǒng)的組成扭矩測試儀的伺服系統(tǒng)是 I/O 口（單片機） 、步進電動機、步進電動機驅動電器、光電耦合電路、環(huán)形脈沖分配器組成。系統(tǒng)工作時有單片機通過 I/O 發(fā)送步進脈沖信號給步進電動機驅動器，驅動步進電動機完成工作。由于單片機不僅要對被控對象進行監(jiān)測，輸入被控系統(tǒng)的開關量和模擬量，而且還要把經過處理的信息的開關量和模擬量的形式輸出并控制被控系統(tǒng)工作工作，這批開關量（如：動力回路的啟閉、機械限位開關狀態(tài)等等）和模擬量（如：壓力、溫度和流量傳感器的輸出、發(fā)電機的輸出電壓、電流和功率、電網電壓等等）本身往往就是強電系統(tǒng)。因此，強電控制電路必將會對單片機控制系統(tǒng)長生嚴重的干擾，以致單片機控制系統(tǒng)不能正常工作。單片機控制系統(tǒng)和強電控制回路共地是引起干擾的主要原因，因為強電控制回路中的電流和電壓往往很大，并會在強電用電器和地之間形成強大的脈動干擾，這個脈動干擾的有效必然會通過接地的不良電阻和電容耦合到單片機的主機回路中，消除這些脈沖干擾的有效方法是使單片機弱電部分和強電控制回路隔開，在電氣連接上切斷他們彼此間的耦合通路，所以單片機環(huán)脈沖分配之間接一個光電隔離器。光電隔離器的原理電路時由一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管組成的復合的晶體管。為了讓步進電動機不丟失，在光電隔離器后面緊接上環(huán)形脈沖分配器。由于 I/O 口發(fā)送的信號為 TTL 信號無驅動能力，因此需對 CPU 信號進行功率放大，在信號經過功率放大裝置放大后，才可以驅動步進電動機，步進電動機通過傳動機產生扭矩并由傳感器檢測得到數據。 伺服系統(tǒng)驅動的驅動部分設計⑴步進電動機的選擇步進電動機及其傳動裝置在扭矩測試儀中主要是轉動產生扭矩。步進電動機的步距角分辨率和傳動機構的導程式決定儀器分辨率的重要因數。僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！畢業(yè)設計（論文）20步進電動機是數字控制電機，它將脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電動機就轉動一個角度，因此非常適合于單片機控制。步進電動機可分為反應式步進電動機（簡稱 VR） 、永磁式步進電動機（簡稱 PM）和混合式步進電動機（簡稱 HB）步進電動機區(qū)別與其他控制電機的最大特點是：它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數決定，而電機的轉速由脈沖信號的頻率決定。步進電動機的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由單片機產生，其基本原理如下：控制換相順序：通電換相的過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的六拍工作方式，其各相通電順序為：AABBBCCCAA 通過控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制 A、B、C 相的通斷。①控制步進電機的轉向如果給定工作方式正序換相通電，步進電動機正轉，如果按反序通電換相，電機反轉。②控制步進電動機的速度 如果給步進電機一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它就再轉一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉的越快。調整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調速。步進電機是一種將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰频闹绷鲌?zhí)行元件。步進電機的選擇包括類型的選擇、步距角選擇、最大靜轉矩的選擇。1）類型選擇反應式步進電動機在相繞組在不通電時沒有定位轉矩，如果不通電，電機的轉軸可自由轉動。另一方面，永磁式步進電動機在相繞組不通電時有較小的定位轉矩而混合式步進電機則具有步距角小，定位精度高，誤差不積累，及斷電后能自鎖等特點?？梢哉f集中了反應式和永磁式步進電機的優(yōu)點。它適用數字程序控制系統(tǒng)，可調恒數裝置及其它有精度要求的開環(huán)數字系統(tǒng)，用作執(zhí)行元件。在有些系統(tǒng)不要求在斷電時負載中須保持固定位置，采用反應式步進電動機比較合適。有些系統(tǒng)只要求在斷電時負載中須保持固定位置口，因而，選擇永磁電機是合理的。而考慮到本系統(tǒng)不僅要求顯示器在步進電機斷電后必須準確定位而且需要步進電機步距角較小，定位精度高以保證系統(tǒng)的檢驗精度，因此我們決定采用混合式步進電機。2）步距角的選擇步距角大小會直接影響步進電動機起動和運動頻率，外形尺寸相同的電動機，步距角小的往往起動、運行頻率比較高，但轉速和輸出功率不一定高。使用時，可根據需要的脈沖當量和可能選擇的傳動比選擇步進電動機的步距角。例如需 的步距增量運動時，?僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！畢業(yè)設計（論文）21可有三種選擇。其主要特征如下表 23 所示：（a） 選擇正好 176。步矩角的電動機（b） 選擇小于 176。步矩角的電動機（c） 選擇大于 176。布矩角的電動機表 23 步進電機的主要參數表相數 步距角 相電流 最大靜轉矩 空載啟動頻率2 ? 驅動電 相電阻 相電流 重量 絕緣強度DC(2440)V B（2）步進電動機的選擇步進電動機驅動電路就是其最基本的功能來講，是一個依次給電動機各相通電的控制功效級裝置，步進電動機驅動器是緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及正反控制門組成，能把輸入的脈沖 CP 轉換成環(huán)形脈沖，以便控制步進電動機驅動器的結構框圖如圖26 所示：輸 入 脈 沖 隔 離 電 路 光 電 環(huán) 行 分 配 器功 率 電 源 功 率 電 源功 率 驅 動 器步 進 電 機圖 26 步進電機驅動圖本系統(tǒng)所采用的步進電動機驅動器時由美國斯達特公司生產的 SH2H057M 型驅動器，該驅動器與我們選擇的 57BYG09 是配套產品。步進電動機驅動電器的基本框圖如上圖 26所示。程序邏輯電路和環(huán)形分配器接受輸入的控制脈沖信號 CP 并將其轉變?yōu)楣β黍寗悠鞯尿寗有盘柌⒔o電機各項繞組供電。不通過使用不同的放大電路和不同參數的器件，可達到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是三相的步進電機，就需要對三路信號分別進行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當電機的功率較大時運行起來回路的制作也比僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！畢業(yè)設計（論文）22較復雜。考慮機電一體化這門課程的掌握程度，故采用此方案。1. 最大靜轉矩選擇選擇步進電動機時，最主要的任務之一就是要詳細規(guī)定電動機的標準轉矩值。一般最大靜轉矩較大的電動機，可以帶動較大的負載轉矩，負載轉矩和最大靜轉矩的比值通常 ，按最大靜轉矩的值可以把步進電動機分為伺服步進電動機和功率步進電動機。前者輸出力矩較小，有時需要經過力矩放大器或伺服功率放大系統(tǒng)帶動步進電動機。而功率步進電動機的最大靜轉矩一般大于 。它不需要提高了傳動精度。就能直接帶動負載。它不僅大大簡化了系統(tǒng)，而且提高了傳動精度。根據本系統(tǒng)負載特點，無需采用功率放大裝置，因此我們決定采用功率步進電機。綜合上述三點，我們最終選擇了美國斯達特公司 57BYG09 混合式步進電機。步進脈沖信號 CP 用于控制步進電機的位置和速度，也就是說驅動器沒接受一個 CP信號就驅動步進電機旋轉一個步距角，CP 脈沖的頻率改變則同時使步進電機的轉速改變。控制 CP 脈沖個數，則可以使步進電動機精確定位。這樣就可以很方便的達到步進電機的的調速和定位目的。本驅動的信號是高電平有效，如下圖所示 脈 沖 寬 度 5msCP=0V圖 27 CP 脈沖圖方向電平信號 DIR 用于控制步進電動機的旋轉方向。此端位高電平時，電機一個旋向；此端為低電平時，電機為一個旋向。電機換相必須在電機停止后再進行，并且換向信號一定要在前一個方向的最后一個 CP 脈沖結束后以及下一個方向的第一個 CP 脈沖前發(fā)出。DIR 信號的作用周期如下圖所示：僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！畢業(yè)設計（論文）23前 一 個 方 向 的 最后 一 個 CP脈 沖 下 一 個 方 向 的 CP脈 沖DIR換 向圖 28 DIR 信號的作用周期圖綜合以上所述，控制步進電機的主要參數：①CP 脈沖的個數代表步進電機的轉矩②CP 脈沖的頻率代表步進電機的速度③DIR 的信號控制步進 電機的運行方向僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！畢業(yè)設計（論文）24第 3 章 硬件電路的設計 檢測元件 系統(tǒng)的檢測元件傳感器部分在檢測傳感器中的應用可以分為三種方式：磁彈性式。相位差式和應變片式。經過比較，我們采用電阻應變片式扭矩傳感器。該類傳感器將金屬鉑片型電阻應變片按 4 等分粘貼在軸的表面，應變方位及連線方法，如圖 31 所示：應變片與軸線成 45度角圖 31 應變片粘貼圖 圖 32 金屬鉑電阻如圖 32 所示，金屬銀鉑式電阻應變片由于它有散熱好，允許通過較大電流，橫向效應小，疲勞的壽命長，柔性好。并可做成基長很短或任意形狀，在工藝上適于大批量生產等特點，因此得到廣泛應用，已經逐漸代替絲式應變片。 測量轉換電路 常規(guī)應變片的電阻的變化很小，因而測量轉換電路應當精確地測量出這些小的電阻變化。在應變式傳感器中，最常用的是橋式電路，按電源性質可分為直流電橋；交流電橋兩類，按橋臂工作數量可分為單臂工作橋；半橋和全橋。下面我們將采用全橋工作方式來僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！畢業(yè)設計（論文）24滿足系統(tǒng)靈敏度高的要求。電橋輸出電壓的公式是：U =Ui/4(△R / R1△R 2/R2+△R 3/R3△R 4/R4)=U2K(ε 1ε 2+ε 3ε 4) (301)全橋工作方式基本應變電橋電路如圖 33 所示。圖AD+BCU1U0+R3433 橋路的調零原理圖在使用上述公式時，應注意電阻變化和應變值的符號。 ε 1,ε 2,ε 3,ε 4 可以是試件的縱向應變，也可以時試件的橫向應變，取決于應變片的連接方向。若是壓應變 應以負 ε 值代入，若是拉應變 ε 應以正值代入。由上述公式可看出，電橋的輸出電壓 與電阻的變化值△R/R 以及應變 ε 成正比。當應變值較小時，非線性可忽略，萬惡杜宇半導體應變片尤其在測大應變時，非線性不可忽略。對于全橋 4 個應變片處于差分工作狀態(tài)，即一片感受正應變，另一片感受負應變，經過推力可證明理論上不存在非線性問題。采用恒流源作橋路電源也能減小非線性誤差。實際使用中，R 1,R2,R3,R4 不可能嚴格相等，所以即使在未受力時，橋路的輸出也不一定為零，因此，必須設置調零電路，如圖 34 所示。調解 R 最終可以使 R /R =R /R 1p1234，電橋趨于平衡，U 被預調到零位。這一過程被稱為直流電橋的電阻平衡。圖中 R5是用0于減少調節(jié)范圍的限流電阻。僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！畢業(yè)設計（論文）25R1234p5+ U1 Uc圖 34 橋式電阻的輸出圖 A/D 轉換器AD574A 是美國公司 A/D 研制的 12 位逐次逼近式 ADC，適合在多精度快速取樣系統(tǒng)統(tǒng)計中使用，這也是系統(tǒng)之所以用 AD574A 來將模擬量轉換成數字量的原因。 AD574A 的內部結構和 AD0809 類同，只是數字量位數由 8 位變成 12 位，故，對它的內部結構不再闡述，只是它和 ADC0809 的區(qū)別加以分析。① AD574A 內部集成有轉換時鐘，參考電壓源和三態(tài)輸出鎖存器，故它使用方便，依然可以和微機直接接口，而且無需外接 CL0CK 時鐘。② AD574A 的轉換時間可達 2μs 這和 ADC0809 的 100μs 時間顯然要快的多，但和同系列的 3us 的 AD578 相比遜色不小。③ AD574A 輸入模擬電壓為 0+5V，是單級性的單 AD574A 的輸入模擬電壓即可是單級的也可是雙極性的：單級性輸入時是 0+10 或 0+20V，雙極性輸入時： 或 之v5?10間。④AD574A 的數字量可以設定為 8 位，也可以設定為 12 位。AD574A 為 28 引腳雙列直插式封裝，引腳分別如圖 35 所示。各引腳功能為： ①模擬量輸入線（3 條）：10VIN 為 10V 量程的模擬電壓輸入線，單級時為 0+10v，雙極時為 ；20VIN 為 20V 量程模擬電壓輸入線，單級性時為 0+20V，雙極性V5?為 。AC 為模擬電壓地線。v10? ②數字量輸入線（13 條）:DB DB 為數字量輸出線，DB 為最高位，接地線，120 12常和 AC 相接后接地。僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！畢業(yè)設計（論文）26DCB01234567D8B910ST20VD41BIPFERTNACOU/0S128VL圖 35 AD574A 引腳圖 ③控制線（6 條）： 和 CE： 為片選線，低電平有效；CE 為片使能，高電平CS有效。 和 CE 共用于片選控制：當 為 0 時，和 CE 為 1 時，選中本片工作，否則本CS片處于禁止狀態(tài)。 R/ 為讀出轉化控制輸入線能決定進行 12 位還是 8 位 A/D 轉換，控制功能如表 31所示。要強調指出：在啟動 AD574A 在進行 A/D 轉換時，應先使 R/ 為低電平，然后再使C和 CE 分別變?yōu)橛行?。這樣可以避免啟動 A/D 轉換前出現的讀操作。CS表 31 AD574A 引腳功能表CE SR/C12/8A0 完成操作1 0 0 X 01 0 0 X 11 0 1 1 X啟動 12 位 A/D 轉換啟動 8 位 A/D 轉換12 位數字量輸出1 0 1 0 0 變 8 位數字量輸出1 0 1 0 1 低 4 位數字量輸出0 X X X XX