【正文】 ................................................................................. 8 功率放大驅(qū)動(dòng)電路方案設(shè)計(jì) ................................................................................... 8 顯示電路方案設(shè)計(jì) ................................................................................................. 9 單片機(jī)電源電路設(shè)計(jì) .............................................................................................. 9 紅外發(fā)射電路設(shè)計(jì) ............................................................................................... 10 .................................................................................................................... 10 編程語(yǔ)言 ............................................................................................................. 10 軟件實(shí)現(xiàn)方法 ...................................................................................................... 10 雙四拍正轉(zhuǎn) ................................................................................................................................11 雙四拍反轉(zhuǎn) ................................................................................................................................11 單雙八拍正轉(zhuǎn) ............................................................................................................................11 單雙 B 八拍反轉(zhuǎn) .......................................................................................................................11 程序流程圖 如下所示： ................................................................................... 12 三相步進(jìn)電機(jī)程序清單 ....................................................................................... 15 ........................................................................................................................ 15 附錄 1........................................................................................................................... 16 附錄 2........................................................................................................................... 17 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 前言 一般，電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)卻是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的，故 稱(chēng)為 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的不同狀態(tài)由 LED 數(shù)碼管顯示。 轉(zhuǎn) 速的調(diào)節(jié)和狀態(tài)的改變由按鍵進(jìn)行選擇。課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的四相步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師：王彥 作者： 摘要 ：本設(shè)計(jì)采用 ATMEL公司 DIP40 封裝的 AT89S52 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)的手動(dòng)和遙控控制。由單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖分配后分解出對(duì)應(yīng)的四相脈沖，分解出的四相脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)鍵盤(pán)掃描把選擇的信息 反饋給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)反饋信息做出相應(yīng)的判斷并改變輸出 脈沖的頻率或轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。紅外信號(hào)的發(fā)射由另一塊單片機(jī)和紅外線(xiàn) LED 完成，用紅外萬(wàn)能接收頭接收紅外信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制進(jìn)行紅外遙控。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，該電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（有的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以直接輸出線(xiàn)位移，稱(chēng)為 直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)）。它有兩個(gè)工作：其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。由于輸入的是脈沖信號(hào)，輸出的角位移是斷續(xù)的，所以又稱(chēng)為脈沖電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)很多，按勵(lì)磁方式可分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。針對(duì)這些狀態(tài)，設(shè)計(jì)的控制器能很好地實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)速的改變。 （ 2）能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)單步和連續(xù)運(yùn)行。 （ 4）顯示工作狀態(tài) 二、擴(kuò)展功能 紅外線(xiàn)遙控實(shí)現(xiàn)電機(jī)的各種狀態(tài)之間的啟動(dòng)和轉(zhuǎn)換 總體設(shè)計(jì)方案 總體設(shè)計(jì)思路 用于控制的電機(jī)是 MITSUMI 公司生產(chǎn)的 M35SP7T 型四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。 手動(dòng)模塊完成所有基本功能以及紅外接收 ，遙控模塊用來(lái)發(fā)射紅外遙控信號(hào)。用 NE555 定時(shí)器芯片產(chǎn)生脈沖，用 74HC74 組成的電路實(shí)現(xiàn)脈沖的分配。整個(gè)電路要用到的分立元件太多，電路聯(lián)接復(fù)雜，而且抗干擾能力不強(qiáng)，穩(wěn)定性和精確度不高。由于單片機(jī)集成了運(yùn)算器電路、控制電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及輸入 /輸出口電路等，所以用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制電路省去了很多分立元器課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 件。由于單片機(jī)的可編程特性，應(yīng)用單片機(jī)程序?qū)λ南嗖竭M(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，不僅功能易于實(shí)現(xiàn)，而且精確度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng) 。眾所周知， FPGA做 控制 核心， 外圍電路簡(jiǎn)單，整體性能好，有更好的穩(wěn)定性，更高的精度，更強(qiáng)的抗干擾能力。 綜上所述，選擇方案二 。 單片機(jī)端口輸出的電流只有幾個(gè)毫安，不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)?？紤]到本次驅(qū)動(dòng)的電機(jī)所帶負(fù)載和功率不大，對(duì)電源的要求也不是太高，故采用單一電壓型電源供電。同時(shí)，為了使繞組在斷電時(shí)能夠加快電流的衰減，以免斷開(kāi)的相繞組中的衰減電流對(duì)電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)效應(yīng) ，還必須為放大電路設(shè)計(jì)抑制電路或是泄放回路。當(dāng)繞組通電時(shí)，二極管承受反向電壓，不導(dǎo)通。假設(shè)繞組電阻為 R，則回路中電流的衰減時(shí)間常數(shù)為 T=L/R 。 圖 二極管抑制電路 圖 二極 管 電阻抑制電路 方案二：二極管 電阻抑制電路 二極管 電阻抑制電路如圖 所示。但由于 RS 的存在，使三極管在繞組斷電時(shí)承受較大的反向電壓。當(dāng)繞組斷電時(shí)，由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性，給三極管的反向電壓也不會(huì)太大，泄放回路電流衰減得更快。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 穩(wěn)壓二極管抑制電路 綜上所述，考慮達(dá)到設(shè)計(jì)要求選擇方案二 。 方案一、采用 LED靜態(tài)顯示。特點(diǎn)是占用較多的硬件資源，控制簡(jiǎn)單方便。 LED 數(shù)碼管的所有段碼連接在同一個(gè) 8位的 I/O口線(xiàn)上，每 個(gè) LED數(shù)碼管的位碼則單獨(dú)使用一個(gè) I/O 口，這樣 N位動(dòng)態(tài)顯示的 LED 數(shù)碼管只需占用8+N 位 I/O 口線(xiàn)；特點(diǎn)是占用較少硬件資源（ I/O 口），功耗相對(duì)于靜態(tài)顯示來(lái)講大大降低，但編程較復(fù)雜并需要占用系統(tǒng)的軟件資源。采用動(dòng)態(tài)顯示不僅可以減少占用硬件資源，降低功耗，而且本系統(tǒng)單片機(jī)能提供足夠的軟件資源。 由于本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)工作電源為 5V，所以需要穩(wěn)壓，對(duì)于 5V 電源這里有以下兩種方案。如果采用電解電容，則電容要比圖中數(shù)值增加 10 倍。因此本電路加了過(guò)壓保護(hù)電路，該電路由穩(wěn)壓管 VD電阻 R3和晶閘管 VS 組成。如需更大的電流，可再并聯(lián)幾個(gè)大功率三極管。 紅外線(xiàn)是波長(zhǎng)約大于 770nm 的不可見(jiàn)光。設(shè)計(jì)采用基于 PPM 的紅外線(xiàn)通信方式。這種調(diào)制方式被稱(chēng)為脈沖周期調(diào)制（ PPM）。不同的脈沖個(gè)數(shù)代表不同的碼，最小為兩個(gè)脈沖，最大為8 個(gè)脈沖。此種方式易于實(shí)現(xiàn)，可靠性佳。第一個(gè)數(shù)字為 1 代表起始位，接下來(lái)的三位為遙控碼，剩下的 4 位為停止碼。 電機(jī)的參數(shù) 轉(zhuǎn) 速 n=60f / ZRN。 由此可見(jiàn)，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，而與電壓、負(fù)載、溫度等因素?zé)o關(guān)。改變脈沖頻率可以改變轉(zhuǎn)速，故可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍很寬。 故 n=60f/48。 系統(tǒng)組成 經(jīng)過(guò)方案比較與論證，最終確定的系統(tǒng)組成框圖如圖 所示。紅外發(fā)射和接收模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)的較遠(yuǎn)距離的遙控控制。 圖 .8 系統(tǒng)組成方框圖 按鍵輸入 功率放大驅(qū) 動(dòng)電路 四相步進(jìn) 電 機(jī) 控制開(kāi)關(guān) 單 片 機(jī) 單片機(jī)電源 狀態(tài)顯示 紅外接收 單 片 機(jī) 紅外 發(fā)射 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 功率放大驅(qū)動(dòng)電路方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電路圖如圖 所示。泄放回路采用二極管 電 阻方案，發(fā)光二極管通過(guò)一級(jí)三極管放大用來(lái)顯示通電的相。參數(shù)計(jì)算如下： ( ) / ( 5 * 2 ) / 33 0 * * 25 0 *2 50 * 68 1 2* 25 0 * 68 69 1 2I U U R m Ab i beI I m AcbI I m AcbI I I m Acc???? ? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ? ? 理論計(jì)算的最大輸出電流為 ,實(shí)際值并沒(méi)這么大，且電機(jī)每一相的運(yùn)行是斷續(xù)的，不會(huì)給三級(jí)管帶來(lái)太大的負(fù)擔(dān)， 所以此 方案基本 滿(mǎn)足步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。本設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)顯示電路如圖 所示。 KBIT1— KBIT7 是數(shù)碼管的位選控制信號(hào)， KEYBEC 是鍵盤(pán)輸入檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)鍵盤(pán)控制時(shí)， KEYBEC是連在單片機(jī)的 T1口上的（該口內(nèi)部有上拉電阻），給 D0D7 輸入高電平，控制單片機(jī)掃描 KEYBEC 口，如果鍵盤(pán)有鍵按下，與鍵盤(pán)相連的二極管導(dǎo)通，將電平鉗制在 ，所以只要掃描到 KEYBEC 變?yōu)楦唠娖?，就可以判斷有鍵按下了。輸出固定的正 5V電壓 ,輸入端接電容 C12可以進(jìn)一步濾除低次紋波 ,C3 濾出高次諧波。輸出 端接電容 C4 和 C11 再次濾波，使輸出電壓更穩(wěn)定。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 11 A pr 2 00 5 S he e t o f F i l e : F : \下載文件 \學(xué)習(xí)期的設(shè)計(jì)與制作 \ M c u .d db D r a w n B y :+ C 1247 0 u+C 1147 0 uR23KV i n1GND3+ 5V2U2L M 78 05C3C412J1C O N 2P1P O W E R ( + 9V )V C CV C CDB R I D G ED9LEDSS W S P S T 圖 單片機(jī)電源電路圖 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 紅外發(fā)射電路設(shè)計(jì) 此電路用單片機(jī)和矩陣式按鍵實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換及加減速的脈沖發(fā)射，單片機(jī)采用 AT89S52，其采用最小化應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用了兩個(gè)紅外發(fā)射管同時(shí)發(fā)射紅外信號(hào)，實(shí)現(xiàn)大范圍，寬角度發(fā)射，保證接收的可靠性。