【正文】 Jacobson, ,Readout supervisor design specifications[M], LHCb [16], report on the RD12 project:timeing,trigger and control system for LHC detectors[J] Time and technology,2020， (3):152155 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 54 頁(yè) 附錄 A 英 文文獻(xiàn) 原文 Development of a Novel Drive Topology for a Five Phase Stepper Motor . Weerakoon and L. Samaranayake （ Dept. of Electrical and Electronic Engineering, Faculty of Engineering, University of Peradeniya, Sri Lanka） [Abstract] In this paper, a novel drive topology for a five phase stepper motor is described in detail. Commercially off the shelf, low cost, standard stepper motor drive ICs are used to derive a novel drive topology for five phase stepper motors which enables closed loop speed and position control powered by inner current control loop. It is proved that the derived topology can be generalized to any stepper motor with higher odd number of phases. The designed driver consists of full step, half step, clockwise and counter clockwise drive modes with the speed control and current control. [key words] Fivephase stepper motor, the return drive, speed control, multimode I. INTRODUCTION In most of the robotics and automation engineering designs various types of stepper motors are used to obtain the required motion profiles. Stepper motors are preferred, as they do not require frequent maintenance and due to their ability to operate in many harsh environments. Selection of the motors and their drive circuits depend on the required performance characteristics of the applications. The two phase and four phase stepper motors are the most mon types available in the market. However, for applications requiring high precision, low noise and lower vibration, Five Phase Stepper Motors are used. Due to smaller step angle, five phase stepper motors offer higher resolution, lower vibration and higher accelerations and decelerations. Therefore it is essential to make sure that these motor characteristics can be obtained from the designed drive topology. 。 但是， 還 存在 需要改進(jìn)的地方 ：一方面， 開(kāi)關(guān)太小，不易撥動(dòng)， 且 沒(méi) 能形成遠(yuǎn)程無(wú)線控制； 另一方面， 電路也不太穩(wěn)定，干擾太大。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 54 頁(yè) 結(jié)論 此次 采用單片機(jī) STC89C52 設(shè)計(jì)了 一個(gè) 自動(dòng)控制升降旗系統(tǒng) ，該系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了這幾項(xiàng) 功能 ： (1)撥動(dòng) 上升鍵 ，國(guó)旗勻速上升，同時(shí)演奏國(guó)歌 ， 上升到最高點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)停止，國(guó)歌停止播放 。達(dá)到最高點(diǎn) 自動(dòng)停止，將國(guó)旗 上升 時(shí)的高度與顯示的高度對(duì)比，多次測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下表 所示。 分析與結(jié)果：上升的最大誤差是第二次測(cè)試，誤差值為 ，下降的最大誤差是第一次測(cè)試，誤差值為 ，在誤差范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。 表 上升高度測(cè)試 結(jié)果 表 測(cè)試次數(shù) 設(shè)置高度（ cm） 實(shí)際高度（ cm） 1 2 3 關(guān)閉開(kāi)關(guān) K1，打開(kāi)開(kāi)關(guān) K2，使電機(jī)工作在反轉(zhuǎn)（即國(guó)旗下降）的模式，同樣用秒表控制在 43秒的時(shí)間，國(guó)旗從最高點(diǎn)（ 167cm 處）下降，測(cè)試國(guó)旗在指定時(shí)間停止時(shí)的 實(shí)際停止點(diǎn)與參考零點(diǎn)的相差度，測(cè)量三次， 下降高度測(cè)試結(jié)果 如表 。 分析 高度 的 結(jié)果 分析 在只接驅(qū)動(dòng)模塊的情況下，接通五伏電源，設(shè)置要停止的高度， 將細(xì)線直接纏在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，設(shè)置一個(gè)脈沖頻率，打開(kāi)開(kāi)關(guān) K1 使電機(jī)工作在正轉(zhuǎn) （ 即國(guó)旗上升 ） 的模式下，用秒表控制在43秒時(shí)間， 國(guó)旗從參考零點(diǎn)上升， 測(cè)試國(guó)旗在指定時(shí)間停止時(shí)的實(shí)際高度與設(shè)置的高度相差 多大 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 焊接實(shí)物圖 焊接完成后，電機(jī)與旗桿的固定，用安裝線將電機(jī)與旗桿固定在一塊，注意固定的高度，要能用杜邦線與其連接。 由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是制作好的，所以焊接部分就完成了。 電 機(jī)繞線的調(diào)試處理 由于步進(jìn)電機(jī) 28BYJ的轉(zhuǎn)軸的半徑只有 ，電機(jī)轉(zhuǎn)速又太小，不能滿足實(shí)驗(yàn)要求，所以只有通過(guò)增加半徑的方案來(lái)增加電機(jī)的線速度，先在電機(jī)上加一個(gè)半徑為 軸上，進(jìn)行速度測(cè)試還是不行，電機(jī)的力矩有限，如果再換粗一點(diǎn)的木棒，電機(jī)又帶動(dòng)不起來(lái)，最后先用輕質(zhì)的薄膜材料，與木棒有較大的摩擦力且電極容易帶動(dòng)，方案可行。但是由于有限流電阻的作用，變小電阻為500 歐，還是不行，減小到 200 歐時(shí)，聲音大小合適，但是在播放完之后由于結(jié)尾是高電平，且蜂鳴器有源，會(huì)出現(xiàn)“嘟 ” 的持續(xù)響聲，為了消除這種響聲，更換為揚(yáng)聲器，但是揚(yáng)聲器的功率較大，加了限流電阻，功率又太小，不加限流電阻，電流又過(guò)大，三極管發(fā)熱太快，容易損壞三極管。然后 將單片機(jī)接到 5V電源上，將萬(wàn)用表打到 20v的電壓檔，測(cè)試晶振管腳 1 19的電壓值，將其與正常值 ，在范圍內(nèi)或范圍附近則正常最終測(cè)試結(jié)果為 ，表明正常。焊接完成后，取出萬(wàn)用表。最簡(jiǎn)單也 是最重要的是最小系統(tǒng)焊接。 表 輔助儀器工具表 儀器工具 數(shù)量 穩(wěn)壓五伏電源 1 臺(tái) 萬(wàn)用表 1 臺(tái) 示波器 1 臺(tái) 直尺 1 把 鑷子 1 把 剪刀 1 把 電烙鐵 1 個(gè) 焊錫 1m（ 1mm） 面包板 1 塊 小系統(tǒng)的調(diào)試 取出一塊萬(wàn)用板和烙鐵， 現(xiàn)在萬(wàn)用板上進(jìn)行電路的布局設(shè)計(jì)，由于單片機(jī)是控制芯片，所以將單片機(jī)布在正中位置，其他各模塊分別布在周圍。 待元器件完整后， 準(zhǔn)備好要用的輔助儀器及工具，方便取用。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 54 頁(yè) 4．電路的 與調(diào)試 與結(jié)果 分析 調(diào)試 在制作電路開(kāi)始之前，先做好準(zhǔn)備工作。 圖 計(jì)算機(jī)管理界面圖 圖 參數(shù)設(shè)定界面 參數(shù)設(shè)定好后，采用優(yōu)轉(zhuǎn)串口先將郭天祥開(kāi)發(fā)板與 PC機(jī)連接起來(lái)，在開(kāi)發(fā)板上放置單片機(jī)芯片，點(diǎn)擊 OpenFile/打開(kāi)文件找到生成的 Hex 文件，然后點(diǎn)擊下載，待提示上電后，給開(kāi)發(fā)板上電，隨著指示燈的閃爍，程序被下載到單片機(jī)中，結(jié)束后，關(guān)閉電源。這樣參數(shù)就設(shè)置好 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 54 頁(yè) 了。在設(shè)備管理器中查到你的 COM 口，選擇該 COM 口。再 編譯一次， HEX文件就生成了。在界面的 工具欄中選擇 按鈕 并點(diǎn)擊 ， 會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框， 在 對(duì)話框中 “ output”， 選中“ Create HEX FI” ,單擊“確定”。接著在左欄中點(diǎn)開(kāi)“ Target 1”，在 “ Source Group 1” 加載 剛才所建的文件 ，右擊 “ Source Group 1” 選擇“ Add File to Group ‘ Source Group 1’ ” ,找到剛才的文件 ,單擊 “確定” . 然后，加載程序進(jìn)行編譯，將程序復(fù)制到 文件中，程序編譯界面圖如圖 所示 .然后用 按鈕進(jìn)行編譯調(diào)試，調(diào)試結(jié)果在下顯示如有錯(cuò)誤，點(diǎn)擊錯(cuò)誤，就會(huì)在程序中提示出來(lái)，徐 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 54 頁(yè) 改完后繼續(xù)編譯，直到出現(xiàn)“ 0 Error(s),0 warning(s)”，表明程序編譯完畢。 其次，在新建的工程中新建一個(gè)文件。因?yàn)椴捎玫氖?C語(yǔ)言編程，所以在對(duì)話框中選擇“是”。 在“ Project”中選擇“ New Project” ，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“ Create New Project”的對(duì)話框， keil uvision3 新建工程界面圖 如圖 所示 選擇保存的路徑， 輸入你要新建工程名， 單擊“確定”。 keil uvision3 軟件 調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，有跟蹤程序的執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)和實(shí)時(shí)觀察內(nèi)存 等基本功能，另有配合仿真器使用的部分特殊功能，使編程與調(diào)試更為簡(jiǎn)便。 T 0 初 始 化取 節(jié) 拍取 音 符 編 碼T 值 下 標(biāo) 為 0 關(guān) T 0改 T 0 初 始 值開(kāi) T 0NY 圖 音樂(lè)子程序流程圖 根據(jù)升降旗子程序流程圖，利用 C語(yǔ)言編程所設(shè)計(jì)的子程序見(jiàn)附錄 D。 演奏時(shí)，要根據(jù)音符的不同把對(duì)應(yīng)半周期的定時(shí)時(shí)間初始值送入定時(shí)器 T0，再由定時(shí)器 T1 按時(shí)輸出高低電平， 用零作為結(jié)束的標(biāo)志，每讀一個(gè)音符后，判斷其是否為 零，不為零，則繼續(xù)下一個(gè)讀取，否則，結(jié)束讀取，關(guān)閉定時(shí)器 T0。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 54 頁(yè) 開(kāi) 始初 始 化清 屏 并 光 標(biāo) 復(fù) 位液 晶 是 否 應(yīng) 答準(zhǔn) 備 寫(xiě) 入 數(shù) 據(jù)執(zhí) 行 顯 示 命 令結(jié) 束YN 圖 LCD1602 子程序流程圖 根據(jù) LCD1602子程序流程圖，利用 C語(yǔ)言編程所設(shè)計(jì)的子程序見(jiàn)附錄 D。 LCD1602液晶實(shí)時(shí) 顯示子程序的設(shè)計(jì) 一般初始化（復(fù)位）過(guò)程 ： 15mS， 寫(xiě)指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)） ； 5mS， 寫(xiě)指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào)） ； 5mS， 寫(xiě)指令 38H（不檢測(cè)忙信號(hào) ， 以后每次寫(xiě)指令、讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào) ）； 38H：顯示模式設(shè)置 ； 寫(xiě)指令 08H：顯示關(guān)閉 ； 寫(xiě)指令 01H：顯示清屏 ； 06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 ； 寫(xiě)指令 0CH：顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置 。 升降旗 子 程序流程圖如圖 。更改脈沖時(shí)序的條件由所按下的鍵盤(pán)按鍵決定，所以可以實(shí)時(shí)地更改脈沖的時(shí)序，達(dá)到實(shí)時(shí)地控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方式。 43=升（降） 旗一秒所需的脈沖數(shù)： N= 3414/34=3414/34=100 個(gè) 式 此次設(shè)計(jì)中，采用的為四相八拍的步進(jìn)電機(jī)控制方式。旗桿的高度（電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的總線長(zhǎng)） S 為 cm，國(guó)歌播放時(shí)間為升旗的總時(shí)長(zhǎng)，時(shí)間 t為 43S。前者用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的精度，后者用來(lái)控制其步進(jìn)的速率。 首先，我們需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制 角位移量，也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度， 都可 達(dá)到調(diào)速的目的 。 開(kāi) 始按 鍵 判 斷暫 停 處 理電 機(jī) 正 轉(zhuǎn)音 樂(lè) 啟 動(dòng)顯 示 高 度 增 加是 否 達(dá) 到最 高 點(diǎn)是 否 達(dá) 到最 低 點(diǎn)電 機(jī) 反 轉(zhuǎn)音 樂(lè) 不 啟 動(dòng)顯 示 高 度 減 少結(jié) 束K 3 導(dǎo) 通K 1 導(dǎo) 通 ， K 2 不 導(dǎo) 通 K 1 不 導(dǎo) 通 ， K 2 導(dǎo) 通YYNN 圖