【正文】 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 37 附 錄 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 38 驅(qū)動器編碼器步進電動機工作臺滾珠絲杠主動齒輪從動齒輪 。在設(shè)計過程中既要自己不斷思考 、 創(chuàng)造，又要注意借用現(xiàn)有的資料，掌握了查閱和使用標準、規(guī)范、手冊、圖冊、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。 通過設(shè)計使我更加接近生產(chǎn)實際，鍛煉了將理論運用于實際的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機械設(shè)計方面 以及電氣原理的知識。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 35 參考文獻 [1] 尹志強 .機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書 .合肥工業(yè)大學(xué)， 2020 [2] 李廣弟 ,朱月秀，王秀山 .單片機基礎(chǔ) .北京航空航天大學(xué)出版社 ， 2020 [3] 房小翠 .單片微型計算機與機電接口技術(shù) .國防工業(yè)出版社 ， 2020 [4] 王小明 . 電動機的單片機控制 . 北京航空航天大學(xué)出版社 ， 2020 [5] 李建勇 .機電一體化技術(shù) .科學(xué)出版社 ， 2020 [6] 王愛玲，白恩遠，趙學(xué)良 .現(xiàn)代數(shù)控機床 .國防工業(yè)出版社 ,， 2020 [7] 徐灝 .機械設(shè)計手冊（ 5） .機械工業(yè)出版社 ， 2020 [8] 張建民 .機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 .北京理工出版社 ， 2020 [9] 徐灝等 .機械設(shè)計手冊 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ， 2020 [10] 濮良貴 ,記名剛 .機械設(shè)計 [M].北京 :高等教育出版社 ， 2020 [11] 吳振彪 .機電綜合設(shè)計指導(dǎo) [M].湛江 :湛江海洋大學(xué) ， 1999 [12]鄭學(xué)堅 ,周斌 .微型計算機原理及應(yīng)用 .清華大學(xué)出版社 ， 2020 [13]張立勛 ,孟慶鑫 ,張今瑜 .機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 [M].哈爾濱 :哈爾濱工程大學(xué)出版社 ， 2020 [14]宋彩麗，孫友倉，吳宏岐 .單片機原理與 C51 編程 .西安交通大學(xué)出版社， 2020 [15]唐繼賢 .51 單片機工程應(yīng)用實例 .北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 36 畢業(yè)設(shè)計小結(jié) 通過這次有關(guān)機電一體化的畢業(yè)設(shè)計，使我對以前學(xué)習(xí)過的有關(guān) 專業(yè)知識 來了一次 全面的綜合的運用。其次我要感謝這四年里給我授課的所有老師，感謝你們傳給我知識，讓我的大學(xué)生活如此豐富多彩。并且 結(jié)合生產(chǎn)知 識，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際以及分析和解決工程實際問題的才能，并使大學(xué)四 年所學(xué)的知識得到進一步鞏固、深化和擴展。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 34 致 謝 《 畢業(yè)設(shè)計》是 我在西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院里的 最后一門課程。 但是也由于自身的知識有限以及時間倉促，所以在有關(guān)硬件設(shè)計上存在一定得缺陷，包括對輔助電路的設(shè)計，以及硬件原理圖上都有一定的不足。 3．用 光電編碼器、單片機、 設(shè)計了轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)，實時的檢測步進電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和步數(shù)，并在 LED 顯示器上顯示出來。以 AT89C51 單片機為核心，擴展外圍部件構(gòu)成了單片機對步進電機的控制系統(tǒng)。并根據(jù)電動機的型號來選擇適合的驅(qū)動電源以及檢測裝置光電編碼器。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 33 結(jié) 論 在本設(shè)計中 通過 采用 單片機對 步進電機 的控制，進而達到對 工作臺的水平移動的控制 ， 并且 因 考慮到步進電動機等優(yōu)缺點，以及減少工作臺等部件折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量，決定采用了一級減速器，和步進電動機的半閉環(huán)控制 ， 使工作系統(tǒng)的精度得到有效地提高。 P2 口： ～ 是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的部分高位地址線； 用來選通外部數(shù)據(jù)存儲器 6264 和 8255A 接口芯片。 、 分別接 8255A的 A0、 A1，以用來選定 8255A 的 PA、 PB、 PC 及控制口。對輸出部分的控制信號由 ~ 口產(chǎn)生。 硬件系統(tǒng)的合成及其原理圖 系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線為 D0～ D7，地址總線低 8 位由數(shù)據(jù)線經(jīng) 74LS373 鎖存器提供，高 5 位地址由 P2 口提供。 計數(shù)電路 因為此 次設(shè)計為一維工作臺，需輸出兩路脈沖信號 （ X 正反方向） ，由于經(jīng)過光電編碼器以及四倍頻電路后，信 號輸出為正反兩路脈沖，單片機的選擇選用了AT89C51，它的 內(nèi) 部 包括了 2 個計數(shù)器，因此將輸出的信號直接連接到 芯片AT98C51 上的 以及 ， 對步進電機的步數(shù)進行計數(shù)，處理后 通過 主 芯片 接口與 8255 相連接， 將步數(shù)在顯示器上顯示輸出以供查詢 。在實際運用中，若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與 AT89C51 復(fù)位要求一致時，可以直接相連。 如下圖 （ ） 所示 ： 圖 AT89C51 的時鐘電路 復(fù)位電路 單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)。 下圖（ ）為 8255A 芯片與單片機的接口 連線圖： 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 30 圖 8255A 芯片與單片機的接口連線圖 輔助電路的設(shè)計 AT89C51的時鐘電路 AT89C51 內(nèi)部有一個高增益的反相放大器， XTAL1 和 XTAL2 分別是它的輸入和輸出端，在這兩段之間接入晶體振蕩器，即可構(gòu)成一個高穩(wěn)定度的振 蕩器作為單片機的時鐘。 2） 鍵盤與顯示接口電路的設(shè)計 由于本次選用了步進電機的并行控制，因此應(yīng)在系統(tǒng)開始運行之前 輸入步進電機勻速的運行速度和運行的總步數(shù) 等 ，所以要進 行按鍵輸入數(shù)值以傳入?yún)?shù)。片選信號 CS 與高位地址 連接和數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。 采用 2764 芯片的程序存儲器擴展電路框圖如下 圖（ ） 所示 ： 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 29 圖 擴展 2764 電路框圖 Ｉ／Ｏ 擴展電路設(shè)計 1） 通用可編程接口芯片 8255 選用 8255A 并行接口芯片 ， 由于 8255A 提供三個 8 位口，所以很方便的進行輸入輸出的擴展，可以實現(xiàn) 64 個鍵的鍵盤和 8 位的 LED 數(shù)碼顯示的擴展。 單片機規(guī)定 P0 口提供 8為位地址線，同時又作為數(shù)據(jù)線使用，所以為分時用作低位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提高低 8 位的地址信息，一般采用 74LS373 芯片作為地址鎖存器，并由 CPU 發(fā)出允許鎖存信號 ALE 的下降沿，將地址信息鎖存入地址鎖存器中。選擇存儲器芯片的型號時，應(yīng) 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 28 選擇常用型號，盡量減小芯片的數(shù)量。 存儲器的擴展 存儲器配置的任務(wù)是確定片外存儲器的類型和容量，選定存儲器型號，設(shè)計擴展電路。 CPU的選擇 本系統(tǒng)選擇 AT89C51 單片機，以下為其 主要特性： ?與 MCS51 兼容 ?4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 ?128*8 位內(nèi)部 RAM ?32 可編程 I/O 線 ?兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 ?5 個中斷源 ?可編程串行通道 ?低功耗的閑置和掉電模式 ?片內(nèi)振蕩器和時鐘電 路 由于此次設(shè)計中采用了 半閉環(huán)的控制對工作臺進行控制，其中要對反饋的信號進行一定得判斷與計算，而且要擴展出外接的鍵盤與顯示等。 鑒于以上的情況，本次設(shè)計選用廣泛應(yīng)用的 MCS51 系列的 8 位單片機AT89C51 作為控制系統(tǒng)的 CPU,應(yīng)該能夠滿足設(shè)計的要求。； 如果丟步 , 則發(fā)出相應(yīng)補償信號。 當 單片機發(fā)出一個讓步進電機轉(zhuǎn)動的脈沖信號 后 , 間隔一定時間后讀取相應(yīng)計數(shù)器內(nèi)的值 , 判斷其是否丟步。 與步進電機同軸的 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器 反饋 其 步進電機運轉(zhuǎn) 的 信號 , 經(jīng) 光電隔離和 四倍頻電路 后，將兩路正交的方波信號，輸出為兩路加、減計數(shù)信號。 通過擴展外圍設(shè)備及接口電路完成對步進電機的并行控制。 在電動機驅(qū)動電源內(nèi)，不包括環(huán)形分配器，而其并行控制功能必須由微型計算機系統(tǒng)完成。 串行控制：具有串行控制功能的單片機系統(tǒng)與步進電機驅(qū)動電源之間，具有較少的連線將信號送入步進電動機驅(qū)動電源的環(huán)形分配器，所以在這種系統(tǒng)中，驅(qū)動電源中必須含有環(huán)形分配器。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 26 第 4章 控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的設(shè)計 步進電機是數(shù)字控制電機 , 它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移 , 即給一個脈沖信號 , 步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度 , 因此非常適合于單片機控制。 功率接口 DC+、 DC：驅(qū)動器電源 U、 V、 W：電機接線端子 電機接線圖 狀態(tài)指示 驅(qū)動器上的發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)。該功能即可以節(jié)省能源，減少電機的發(fā)熱，又延長驅(qū)動器的工作壽命。 信號連接 控制方式 高電平有效接線 低電平有效接線 脈沖和方向 PULSE+ 接脈沖信號 DIR+ 接方向信號 PULSE與 DIR短接為信號地 PULSE 接脈沖信號 DIR 接方向信號 PULSE+與 DIR+短接為公共端 功能選 擇 STEP STEP STEP3：設(shè)置電機每轉(zhuǎn)步數(shù)設(shè)定方式如下表： 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 25 STEP1 ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF STEP2 ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF STEP3 ON ON ON OFF OFF OFF OFF OFF 步數(shù) /轉(zhuǎn) 200 400 500 1000 2020 4000 5000 1000 CURRENT：設(shè)置輸出相電流 每個電機有額定的輸入電流，驅(qū)動器輸出電流可通過面板上的撥碼開關(guān)來設(shè)置，當 CURRENT 狀態(tài)為“ ON”時，電 機相電流為 ； CURRENT 為“ off”時，電機相電流為 。 DIR： 方向信號輸入端，如“ DIR”為低電平，電機按順時針方向旋轉(zhuǎn)；“ DIR”為高電平 電機按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 24 功能選擇： STEP STEP2設(shè)置電機每轉(zhuǎn)步數(shù) ； STEP3 設(shè)置細分功能 ； CURRENT 輸出電流選擇 ； 狀態(tài)指示： READY； 信號接口： PULSE+ 脈沖控制信號 +； PULSE 脈沖控制信號 ； DIR+ 方向控制信號 +；