【正文】 統(tǒng)功能 ......................................................... 20 第六章 總結 ............................................................ 21 致謝 .................................................................... 22 參考文獻 ................................................................ 23 附錄 A 程序清單 ......................................................... 24 大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 第一章 前言 步進電機是一種將電脈沖信號轉換成相應角位移的控制電機。本設計針對目前各個領域對自動化的需要，采用 STC89C51單片機與 L297， L298N驅動芯片驅動多臺步進電機同時獨立工作，將它應用于各種復雜的控制領域，能使許多半自動控制的系統(tǒng)完全成為真正的全自動，特別是用在機器人等領域，能極大的提高生產(chǎn)力和降低勞動強度。 大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 第二章 方案設計與論證 一、實現(xiàn)方法與框架 （一）實現(xiàn)方法 本題要求做一個單擺，擺桿不得受重力以外的任何外力控制，在單擺被給任意 角度后，做自由擺動，期間，單擺下部的平板時刻保持與水平面平衡。 （二）系統(tǒng)設計框架 本設計的目的是實現(xiàn)單片機能能控制步進電機的起 /停、轉向、加 /減速和位置控制。單片機主要完成脈沖的分配，使步進電機按照設定的方式運轉，通過程序設定，從單片機的 I/O 口輸出一系列有規(guī)律的脈沖信號；由于直接輸 出的脈沖信號驅動功率有限，很難直接驅動步進電機運轉，所以必須經(jīng)過驅動器進行脈沖放大，本設計采用的 L297 與 L298N 芯片能解決這個問題，它可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機。 二、控制器模塊 方案一 ：采用 ATMEL 公司的 STC89C52RC。 大學本科畢業(yè)設計（論文） 6 方案二 ：采用 8 位 ST62T 系列 ， ST6 系列一直以來都是面向簡單強勁的成本敏感型應用的安全并受到廣泛歡迎的選擇，其中包括家庭應用、數(shù)字消費類設備和電機控制。 根據(jù)本題的要求，我們選擇第一種方案 三、角度檢測模塊 角度檢測模塊在這個系統(tǒng)中起到了絕對重要的作用，由于單擺的過程中角度的變化以及變化的速度都是不同的，為了讓步進電機跟隨單擺而不停的改變平板的角度實現(xiàn)平板與水平面齊平。線性度 177。%。C） 。輸出信號 420 mA （另有 05V/010V 輸出可選），工作電壓 1224V DC，線性度 177。%，177。C） ，溫度系數(shù) 400ppm/176?！?30， 60， 90， 180， 300， 345176。 方案三 ：采用自己制作的由一個 47KΩ 的電位器加一個電壓跟隨器，型號 OP177和 ADC0832 組合單擺的軸承，通過電壓的改變來確定單擺擺過平衡位置的角度。 四、角度調整模塊 方案一 ：選用步進電動機調整傾斜角度，使平臺平衡，步進電機步距角一般為 176。 在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。步進電機 的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉非常不利。步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降。 運用步進電機，需要與伸縮桿連用，步進電機控制伸縮桿伸縮來達到調整角度的目的。但偏心輪的缺點是不善于傳 遞動力。 舵機的控制信號是一個脈寬調制信號，因為在脈沖信號的輸出可以用定時器的溢出中斷函數(shù)來處理，時間很短，因此在精度要求不高的場合可以忽略。題目中對于角度精度的要求是 3176。范圍之內(nèi)。舵機的速度決定于給予它的信號脈寬的 變化速度。 因此，我們選擇方案三。 方案二 ：電池組供電，可提供 800mAh 電流，重量很輕。 大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 第三章 電路硬件設計 一、步進電機驅動系統(tǒng) （一） L297 與單片機接口圖 （二）步進電機驅動電路 L297加驅動器組成的步進電機控制電路具有以下優(yōu) 點：使用元件少，組件的損耗低，可靠性高體積小，軟件開發(fā)簡單，并且計算機 (或單片機 )硬件 費用大大減少。 下 圖為 L297和 L298組成的控制驅動器的線路圖。相位是由內(nèi)部產(chǎn)生的，因此可減輕計算機 (或單片機 )和程序設計的負擔。 系統(tǒng)的總電路設計如下圖所示，此電路由 STC89C5 L29 L298N、 4 相 4 拍步進電機 器以及相關的電路組成。 大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 二、角度傳感 器 采用自己制作的由一個 47KΩ 的電位器加一個電壓跟隨器（型號 OP177）和ADC0832 組合單擺的軸承，通過電壓的改變來確定單擺擺過平衡位置的角度。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時使用并與單片機的接口是雙向的，所以在I/O 口資源緊張時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當要進行 A/D轉換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。在第一個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。 四、硬件支架圖 設計并制作一個自由擺上的平板控制系統(tǒng)，其結構 下 圖所示。 大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 五、單片機最小系統(tǒng) （一）單片機主模塊 單片機最小系統(tǒng) ,或者稱為最小應用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng) .對 51 系列單片機來說 ,最小系統(tǒng)一般應該包括 :單片機、 電源、 晶振電路、復位電路 .下面給出一個 51 單片機的最小系統(tǒng)電 路圖。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平有效時為有效，用來完成單片機的復位初始化操作，復位后，單片機從新開始執(zhí)行程序。該電容選擇 30pF。當接低電平時 ,復位后直接從外部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行 .因此可以看出 ,其實要熟悉 51單片機的 40個引腳功能也很容易 ， 總共 40 個腳 ,電源用 2 個 (Vcc 和 GND),晶振用 2 個 ,復位 1 個 ,EA/Vpp用 1 個 ,剩下還有 34 個 .29 腳 PSEN,30 腳 ALE 為外擴數(shù)據(jù) /程序存儲器 時才有特定用處 ,一般情況下不 用考慮 ,這樣 ,就只剩下 32 個引腳 ,這 32 個引腳就是要經(jīng)常跟它們打交道的了 .它們是 : P0 端口 ~ 共 8 個 P1 端口 ~ 共 8 個 P2 端口 ~ 共 8 個 P3 端口 ~ 共 8 個 大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 （二） 通訊模塊 MAX232 芯片引腳結構和外圍電路連接如圖所示： 本系統(tǒng)采用 MAX232 實現(xiàn) TTL 電平與 RS232 電平的轉換。所以，采用此芯片的串 行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V 電源就可以了。按照芯片資料，此處選用 的非極性瓷片電容來設計電路，在具體設計電路時，這四個電容要靠近 MAX232芯片，以提高抗干擾能力。 PC 機發(fā)送數(shù)據(jù)時從 PC 機串口座的第 3 腳 TXD 端發(fā)出數(shù)據(jù)，再逆向流向單片機的 RXD 端 接收數(shù)據(jù)。芯片內(nèi)的 PWM 斬波器電路可開關模式下調節(jié)步進電機繞組中的電機繞組中的電流。 L297的芯片引腳 特別緊湊，采用雙列直插 20腳塑封封裝，其 引腳 見 下 圖。變換器