【正文】 最后感謝 宜賓技術(shù)學(xué)院學(xué)院三 年來對我的大力栽培 。 最 后還要感謝大學(xué) 三 年來所有的老師，為我們打下 電氣 專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。她引導(dǎo)著我走向理想的彼岸，向著成功的高峰不斷進(jìn)取，克服一個有又一個挫折，直奔喜悅的大堂。 28 致謝 本設(shè)計是在張懷宇老師的精心指導(dǎo)下完成的，在設(shè)計過程中，老師提供了大量的設(shè)計資料，給予了無微不至的關(guān)懷與幫助。 (3) 系統(tǒng)無論是在硬件還是軟件系統(tǒng)中都采用模塊化的設(shè)計方法。 本論文的一些創(chuàng)新之處： (1) 采用遙控器進(jìn)行運行方式的控制。對整個系統(tǒng)的軟件也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。對步進(jìn)電機傳統(tǒng)的和新型的各種驅(qū)動方式進(jìn)行了分析和比較。 27 總結(jié) 本文所做的主要工作總結(jié)如下： (1) 理論方面對主要的幾種步進(jìn)電動機的結(jié)構(gòu)、工作原 理和優(yōu)缺點及步進(jìn)電動機的應(yīng)用和研究概況進(jìn)行了總結(jié)。 (2)工作電流范圍檢測：測試結(jié)果表明電機工作電流在 5A 以下均能正常工作。 圖 22二相混合式步進(jìn)電動機本體 (2) 高性能二相混合式步進(jìn)電機驅(qū)動器 (3) UTB 數(shù)字萬用表 (4) 6A 直流電源，生產(chǎn)廠家：石家莊無線電十廠 (5) 直流電流表，生產(chǎn)廠家：上海第二電表廠 (6) TDS220 示波器，生產(chǎn)廠家： Tektronix 試驗 內(nèi)容和結(jié)論 (1)工作電壓范圍檢測：調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸入電壓，觀察電路各部分能否正常工作，方 26 法就是用萬用表測試供電電路主要元器件的電壓輸出。 主要測試內(nèi)容包括：工作電壓范圍檢測；工作電流范圍檢測；電機正 /反轉(zhuǎn)經(jīng)測試論證，結(jié)果表明該驅(qū)動器基本滿足設(shè)定的功能要求，性能良好?？傊畯母鞣矫孑^詳細(xì)的說明了所研制的驅(qū)動器的性能特點。選 擇 4 加速 ：選 擇 5 減 速 ：R u n f l a g 是 否 為0 ？R u n f l a g 是 否 為0 ？與 從 機 通 訊否 否取 消取 消D e l a y t i m e減 小 5 0D e l a y t i m e增 加 5 0 圖 17 主機 LCD 顯示菜單程序 22 雙機通訊程序 設(shè) 置 波 特 率啟 動 定 時 器 1設(shè) 串 行 口 工 作 模 式發(fā) 送 請 求“ A A ”B 機 允 許發(fā) 送 ？指 針 初 始 化校 驗 清 零發(fā) 送 一 個 數(shù) 據(jù)字 節(jié) 并 求 校 驗和數(shù) 據(jù) 塊 已發(fā) 送 完 ？發(fā) 送 檢 查 和B 站 接 收 正確 ？返 回NNN 圖 18 發(fā)送程序 23 圖 19 接收程序 24 下位機步進(jìn)電機驅(qū)動程序 開 始與 主 機 通 訊 獲 得 運 行 參 數(shù)啟 動 步 進(jìn) 電 機 并 等 待 中 斷確 定 中 斷 改 變 的參 數(shù)R u n f l a g 變 為 1 R u n p a t h 反 向D e l a y t i m e 改 變停 止 電 機 轉(zhuǎn) 動停 止 電 機 轉(zhuǎn) 動 ，并 等 待 中 端延 時 1 s中 斷 程 序中 斷 程 序 圖 20 從機程序 圖 21 從機中斷程序 25 5 驅(qū)動器試驗結(jié)果 這章節(jié)主要是列出幾組所測試的混合式步進(jìn)電機驅(qū)動器的相關(guān)波形圖，以及一些主要的分析結(jié)果。R u n p a t h = 1 。R u n p a t h = 0 。將 輸出電壓分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出同內(nèi)部基準(zhǔn)穩(wěn)壓值 進(jìn)行比較，若電壓有偏差，則可用放大器控制內(nèi)部振蕩器的輸出占空比，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。 LM2575 內(nèi)部包含 52kHz 振蕩器、 基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。 電源電路 LM2575 系列是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 3A 電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（ 52kHz）和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（ ），并具有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。與續(xù)流二極管串聯(lián)的 200Ω 電阻可減小回路的放電時間常數(shù)，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下降時間變小，也起 到提高高頻工作性能的作用。 D1~D4 為續(xù)流二極管，使電機繞組產(chǎn)生的反電動勢通過續(xù)流二極管（ D1~D4）而衰減掉，從而保護(hù)了功率管 TIP122 不受損壞。 AT89C2051 選用頻率 12MHz 的晶振，選用較高晶振的目的是 為了在方式 2 下盡量減小 AT89C2051 對上位機脈沖信號周期的影響。使步進(jìn)電機隨著不同的脈沖信號分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動作。 在本設(shè)計中由于液晶顯示占用了 80C51 的大量資源，考慮到端口擴展與存儲器擴展的成本問題，采用雙機通信既方便又實惠。8051 單片機自備串行接口，為機間通信提供了極為便利的條件。 ST7920 的主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性如下： 電源： VDD (－ ～＋ )＋ 5V(內(nèi)置升壓電路，一般無需負(fù)壓 )； 功耗：正常模式： 450μＡ，睡眠模式： 3μA，低功耗模式： 30μA； 顯示內(nèi)容： 128 列 64 行； 顯示顏色：黃綠； 顯示角度： 6： 00 鐘直視； LCD 類型： STN； 與 MCU 接口： 8 位并行／ 3 位串行； 配置有 LED 背光顯示功能； 帶有自動啟動復(fù)位按鈕 (reset)； 軟件功能設(shè)置：畫面清除、光標(biāo)顯示／隱藏、光標(biāo)歸位、顯示打開／關(guān)閉、顯示字符閃爍、光標(biāo)移位、顯示移位、垂直畫面旋轉(zhuǎn)、反白顯示、液晶睡眠／喚醒、關(guān)閉顯示、自定義字符、 睡眠模式等。 為了能夠簡單、有效地顯示漢字和圖形，該模塊內(nèi)部設(shè)計有 2MB 的中文字型 16 CGROM 和 64256 點陣的 GDRAM 繪圖區(qū)域；同時，該模塊還提供有 4 組可編程控制的 1616 點陣造字空間；除此之外，為了適應(yīng)多種微處理器和單片機接口的需要，該模塊還提供了 4 位并行、 8 位并行、 2 線串行以及 3 線串行等多種接口方式。 LCD 顯示電路 ST7920 是臺灣矽創(chuàng)電子公司生產(chǎn)的中文圖形控制芯片，它是一種內(nèi)置 12864－12 漢字圖形點陣的液晶顯示控制模塊，用于顯示漢字及圖形。將 VT 信號反向，即可產(chǎn)生中斷信號（ INT0），向 CPU 申請中斷。因為它的輸出信號與解碼器的輸入信號反向，故加三極管 Q1 作為反相器。與 MC145026 編碼器配套的解碼器為 MC145027。接收振蕩頻率應(yīng)與發(fā)射振蕩頻率相同。紅外發(fā)射電路板到接收器（在主板上）的距離應(yīng)在 10m 以內(nèi)，以保證信號的可靠收 /發(fā)。圖中僅采用了 0 和“開路”這兩個狀態(tài)， MC145026 的地址設(shè)置應(yīng)與解碼器 MC145027 配對，否則不能解碼。 MC145026 發(fā)送串行編碼脈沖。從 8 條數(shù)據(jù)線（ 2SW12SW8）輸入的開關(guān)狀態(tài)信號被 74LS147 編碼為 4 線 BCD 碼（ 8421），再送 MC145026，形成串行編碼信號輸出到 NE555，產(chǎn)生調(diào)制、載波輸出。用 MC145026 做編碼器。已調(diào)制的信號為斷續(xù)的等幅信號（調(diào)制載波信號），信號波形如圖 9 所示。該電路采用調(diào)幅方式，載波信號頻率采用最常用的 38KHZ。紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成。與可見光不同，其波長為 85011000nm，是人眼看不見的光線。圖 8 給出了它的最小系統(tǒng)電路圖。 8051 單片機是 MCS51 系列單片機中最基礎(chǔ)的單片機型號，廣泛應(yīng)用己各個工程領(lǐng)域。 Intel 公司一直致力于單片機的開發(fā)研究，不斷推出了許多功能更多，使用更方便的單片機系列， 1980 年在 MCS48的基礎(chǔ)之上推出了完善的、典型的單片機系列 MCS51。 12 3 混合式步進(jìn)電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 本章在以上章節(jié)的理論分析基礎(chǔ)上，充分從實踐的角度出發(fā)，主要介紹了該混合式步進(jìn)電機驅(qū)動器的硬件設(shè)計部分，對硬件電路的總體設(shè)計方案及每個主要組成部分的功能及實現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的論 述和分析。而固定開關(guān)頻率型在電磁噪聲和輸出電流諧波方面具有優(yōu)勢。 方案的確定 對比上面的各種方案方案，各有各自的優(yōu)缺點。但是，恒流斬波技術(shù)不能解決步進(jìn)電機本身所固有的低頻振動問題，無法克服步進(jìn)電機因受步距角限制而不能實現(xiàn)多種步距角控制的缺陷。而輸出轉(zhuǎn)矩是步進(jìn)電機的一個重要性能 指標(biāo)，當(dāng)我們使電機的繞組電流恒定在一個較高的數(shù)值時，就可提升電機的輸出轉(zhuǎn)矩。 斬波驅(qū)動中，雖然電路較復(fù)雜，但是由于驅(qū)動電壓較高，電機繞組回路又沒有串入電阻，整個系統(tǒng)功耗下降很多，所以電流上升快。同時電機的高頻響應(yīng)得以提高，共振現(xiàn)象減弱。但是也存在著低頻振蕩加劇，波形呈凹形，驅(qū)動電源和大功率管數(shù)量加倍，成本上升的 缺點。 10 圖 5 高低壓驅(qū)動電路原理圖 圖 6 斬波驅(qū)動電路原理圖 1— 整形電路 2— 脈沖分配器 3— 控制門 4— 高壓前置放大器 5— 低壓前置放大器 高低壓驅(qū)動可保證在很寬的頻段內(nèi)繞組都有較大的平均電流，在截止時又能迅速釋放，能夠產(chǎn)生較大的且較穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩。 高低壓驅(qū)動的設(shè)計思想是不論電動機的工作頻率如何，在導(dǎo)通相的前沿 用高電壓供電來提高電流的前沿上升率，而在前沿過后用低電壓來維持繞組的電流。 圖 4 單電壓驅(qū)動 高低壓驅(qū)動方式 為了改善驅(qū)動器的高頻特性