【正文】 X軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表Y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)PA口輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)PB口輸出字ADX100000001=01HADY100000001=01HADX200000011=03HADY200000011=03HADX300000010=02HADY300000010=02HADX400000110=06HADY400000110=06HADX500000100=04HADY500000100=04HADX600000101=05HADY600000101=05H顯然，若要控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。這種輸出變化規(guī)律可以用輸出字來(lái)描述。當(dāng)“0”時(shí)，相應(yīng)的繞組斷電。在圖一中，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為4，故齒距角為90度，轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距就是轉(zhuǎn)動(dòng)了90度．本次設(shè)計(jì)采用的是三相步進(jìn)電機(jī)型號(hào)是36BF003（屬于三相步進(jìn)電機(jī)），（豪牛頓。從上面分析看出，該三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距需要三拍操作。如果對(duì)一相繞組的操作稱為一拍，那么對(duì)A，B，C三相繞組的輪流通電需要三拍。 當(dāng)開(kāi)關(guān)C斷開(kāi)，A接通后，由于A相繞組磁極和轉(zhuǎn)子1，3號(hào)之間的磁力線的專用使轉(zhuǎn)子1，3號(hào)齒和A相繞組磁極對(duì)齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子的0，2號(hào)齒和B，C 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開(kāi)關(guān)A斷開(kāi)，B接通，由于B相繞組和轉(zhuǎn)子的1，3號(hào)齒之間的磁力線作用，使得轉(zhuǎn)子的1，3號(hào)齒和B相磁極對(duì)齊，則轉(zhuǎn)子的0，2號(hào)齒就和A，C， 相繞組形成錯(cuò)齒狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)過(guò)程表示為，其定子的每相都有一對(duì)磁極，每個(gè)磁極都只有一個(gè)齒，即磁極本身，故三相步進(jìn)電機(jī)有三對(duì)磁極一共是6個(gè)齒；其轉(zhuǎn)子有4個(gè)齒，B，C，分別對(duì)步進(jìn)電機(jī)的A，B，C，相繞組通電。在一般的步進(jìn)電機(jī)工作中，其電源都是單極性的直流電源。因此，指令脈沖可否被可靠的執(zhí)行，基本上取決于步進(jìn)電機(jī)的性能。步進(jìn)電機(jī)的控制電路接受計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的指令脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)又叫脈沖電機(jī)，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的機(jī)電數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器。但是本次設(shè)計(jì)是由單片機(jī)直接控制，步進(jìn)電機(jī)可以直接接受的數(shù)字信號(hào)不需要數(shù)/模轉(zhuǎn)換，具有快速起停功能，延時(shí)短、定位準(zhǔn)確、精度高和可操作性強(qiáng)。其控制信號(hào)為模擬信號(hào)，需要將單片機(jī)輸出的序列脈沖轉(zhuǎn)換，延長(zhǎng)了控制時(shí)間，將難以控制其精確位置，系統(tǒng)穩(wěn)定性也比較差。用單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換構(gòu)成系統(tǒng)，控制普通電動(dòng)機(jī)的步數(shù)和旋轉(zhuǎn)方向，可以考慮達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。 方案二 采用直流電動(dòng)機(jī)控制。與驅(qū)動(dòng)控制器匹配使用時(shí)，控制起來(lái)也十分方便，很容易構(gòu)成數(shù)字位置控制系統(tǒng)。第五章 執(zhí)行裝置的選擇及其原理 電機(jī)的選擇方案一 采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制。在輸出功率相同的條件下，斬波電路的輸入功率大約為單電壓功放電路輸入功率的一半。比較 斬波功放電路與普通單電壓功放電路相比較，前者的工作效率可以提高百分之三十 左右 ，力矩可以提高百分之十到百分之二十五左右。載頻脈沖頻率fc的選取是比較重要的。由于輸出級(jí)的達(dá)林頓管的反向擊穿電壓可以達(dá)到100V，所以輸出級(jí)可以不與V+共電源，而是根據(jù)需要加80V~~~~100V的高壓于負(fù)載上。當(dāng)Sr為高電平“1”（）時(shí)，不論Vi端的電平為多少 其輸出級(jí)的達(dá)林頓管總是截至。方案二 使用集成功率放大開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的斬波型功放電路集成功率電子開(kāi)關(guān)TWH8751 可直接由TTL，CMOS等數(shù)字電路直接驅(qū)動(dòng)，該器件開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高（），控制功率比較大，內(nèi)部開(kāi)關(guān)管反向擊穿電壓為100v，加上散熱器后，通過(guò)的灌電流可以達(dá)到3A，其輸出管采用集電極開(kāi)路方式，可以根據(jù)負(fù)載的要求選擇合適的電源電壓，片內(nèi)還沒(méi)有熱減流保護(hù)電路。同時(shí)，功放管應(yīng)該選用反向耐壓高的管子。所以場(chǎng)效應(yīng)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 驅(qū)動(dòng)電路的選擇方案一 使用功率場(chǎng)效應(yīng)管的單電壓功放電路單電壓功率放大電路是步進(jìn)電機(jī)控制中最簡(jiǎn)單的一種驅(qū)動(dòng)電路，圖十一是一相繞組驅(qū)動(dòng)電路的原理圖（其他各相繞組的驅(qū)動(dòng)電路與此相同）。31引腳（EA）為單片機(jī)片外程序存儲(chǔ)器選用端。30引腳（ALE/PROG）是單片機(jī)的地址鎖存有效信號(hào)輸出端。每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)有兩次有效，低電平有效的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線從P0口讀取指令或常數(shù)。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。19引腳是單片機(jī)的XTAL1端口，接外部晶振的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸出端。上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)該引腳上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平后，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。P3口處作為準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入或第二功能。P1口可作為準(zhǔn)雙向I/O口使用。其中P0口在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出口。圖45 74LS373引腳圖4LS373 4LS373的工作方式DnLEOnHHLHLHLLXLLQoXXHZ*H = 高電平L = 低電平Z = 高阻抗X = 無(wú) 單片機(jī)引腳介紹本次設(shè)計(jì)采用89C51單片機(jī)，其引腳如圖46所示圖46 89C51單片機(jī)引腳8051單片機(jī)是40引腳雙列直插式的芯片，由左到右按U字形依次編號(hào)，則20引腳接地，40引腳接Vcc高電頻。在51單片機(jī)系統(tǒng)中，常采用74LS373作為地址鎖存器使用，其連接方法為：輸出端1D~8D接至單片機(jī)的PO口，輸出端提供的是低8位地址，G端接至單片機(jī)的地址鎖存允許信ALE。 1D~8D為8個(gè)輸入端， 1Q~8Q為8個(gè)輸出端。 本次單片機(jī)采用自動(dòng)上電復(fù)位電路。通常，8051的復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按紐復(fù)位兩種，圖六、圖七分別顯示出了它們的電路 圖43自動(dòng)上電復(fù)位電路 圖44 人工按鈕復(fù)位電路自動(dòng)上電復(fù)位電路的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過(guò)電阻對(duì)電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機(jī)開(kāi)始正常工作。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，持續(xù)時(shí)間要有24個(gè)時(shí)鐘周期以上。 復(fù)位電路 在每個(gè)用戶使用單片機(jī)之前，我們都得使單片機(jī)復(fù)位，使中央處理器CPU以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，以消除上一個(gè)用戶的操作對(duì)本次用戶操作運(yùn)行的影響。同樣推動(dòng)商品B需要先左移動(dòng)一個(gè)單位，然后步進(jìn)電機(jī)A工作。即A電機(jī)控制X方向選擇B電機(jī)控制Y方向的推動(dòng)。當(dāng)受到外界撞擊時(shí)，由傳感器接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，直接啟動(dòng)報(bào)警裝置。經(jīng)過(guò)運(yùn)算分析處理后單片機(jī)一邊將數(shù)據(jù)傳給數(shù)碼管進(jìn)行顯示，一邊通過(guò)8255控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推出顧客所需商品，達(dá)到售貨目的。圖31兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控制接口示意圖第四章 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)以8051單片機(jī)為中心，需要一系列如電源電路、復(fù)位電路、振蕩電路保證其工作。此接口電路可選用可編程并行接口芯片8255，8255的PA口的PA0，PA1，PA2，控制x軸的三相步進(jìn)電機(jī)，8255的PB0，PB1，PB2控制y軸三相步進(jìn)電機(jī)。第三章 自動(dòng)售貨機(jī)的單片機(jī)控制 采用單片機(jī)控制，主要取代脈沖分配器，而給步進(jìn)電機(jī)提供電源的驅(qū)動(dòng)電路必不可省，同時(shí)用單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)，轉(zhuǎn)向以及速度控制等。 當(dāng)顧客完成一次購(gòu)買后或按錯(cuò)按鈕后，顯示余額等待繼續(xù)輸入或者找回余額。 每次投幣時(shí)間有限制，設(shè)定每次投幣時(shí)間不超過(guò)30秒，在時(shí)間到時(shí)，總幣值不足顧客購(gòu)買的商品單價(jià)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)按錢數(shù)不足處理，退還全部硬幣。機(jī)器內(nèi)1元和2元的找零硬幣無(wú)限。 自動(dòng)售貨機(jī)允許投入1元、2元、5元硬幣： 若總幣值等于顧客需要的商品單價(jià)時(shí)，機(jī)器送出需要的商品；若總幣值大于顧客需要的商品單價(jià)時(shí)，機(jī)器除提供所需商品外，顯示余額等待繼續(xù)輸入或者找回余額。6．執(zhí)行電機(jī)控制模塊該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)主控命令的檢測(cè)、分析、應(yīng)答，從而確定執(zhí)行電機(jī)的矩陣位置，并啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，驅(qū)動(dòng)雙螺旋出貨機(jī)構(gòu)，完成自動(dòng)售貨。5．用戶管理模塊該模塊主要實(shí)現(xiàn)用戶輸入數(shù)據(jù)的采集和前期處理，接受用戶的按鍵選擇商品。整個(gè)控制系統(tǒng)組成1個(gè)小型的分布式網(wǎng)絡(luò)。該模塊適用于標(biāo)準(zhǔn)讀寫(xiě)器（只需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換即可直接連接到PC機(jī)RS232口）、自動(dòng)售貨機(jī)、收費(fèi)POS機(jī)、門禁器、考勤機(jī)及其他各種收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用開(kāi)發(fā)中。加熱、制冷采用同一個(gè)風(fēng)道、風(fēng)扇及溫控器，加熱、制冷的切換由一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)完成。同時(shí)，降低使用電壓為額定電壓的1/2,每根加熱管僅承受額定功率的1/4，不但降低了加熱管的表面溫度，還提高了使用壽命，加熱功率為550W。2. 加熱（制冷）裝置及控制該部分統(tǒng)稱為溫度控制裝置。建議采用冷卷法加工成型后，250攝氏度到300攝氏度低溫回火。需要注意的是，螺旋體與彈簧的要求不同，螺旋體不要求彈簧的