【正文】 ......................................................................... 25 Proteus 仿真平臺(tái) ......................................................................................... 26 IV 建立工程項(xiàng)目 .................................................................................................. 28 Proteus 中原理圖的繪制及文件的加載 ................................................ 32 開機(jī)界面顯示 .................................................................................................. 32 控制界面顯示 .................................................................................................. 33 仿真結(jié)果分析及解決方法 ........................................................................... 34 第 6 章 PCB 板設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 35 加載網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝 ................................................................................ 35 PCB 板參數(shù) 設(shè)置 .............................................................................................. 36 元件布局及布線設(shè)計(jì) ..................................................................................... 38 結(jié)束語 ................................................................................................................................ 40 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................ 41 致 謝 ................................................................................................................................ 42 附錄Ⅰ 總體電路圖 ....................................................................................................... 42 1 第 1 章 緒論 課題的來源 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一 , 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。 步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域。早期的步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩比較小，無法滿足需要，在使用中和液壓扭矩放大器一同組成液壓脈沖馬達(dá)。比如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用作數(shù)控銑床進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在這個(gè)應(yīng)用中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以同時(shí)完成兩個(gè)工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。除了在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)也可以并用在其他的機(jī)械上，比如作為自動(dòng)送料機(jī)中的馬達(dá)，作為通用的軟盤驅(qū)動(dòng)器的 馬達(dá)，也可以應(yīng)用在打印機(jī)和繪圖儀中。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。使用恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候，甚至可以和直流伺服電動(dòng)機(jī)性能相媲美。在本世紀(jì)初，由于資本主義列強(qiáng)爭奪殖民地，造船工業(yè)發(fā)展很快，同時(shí)也使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)得到了長足的進(jìn)步。原來的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用分立元 2 件或者集成電路組成的控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路。因此，用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時(shí)代趨勢。步進(jìn)電機(jī)靠一種叫環(huán)形分配器的電子開關(guān)器件，通過功率放大器使勵(lì)磁繞組按照順序輪流接通直流電源。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)同時(shí)與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān)。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 課題研究的目的和主要內(nèi)容 本文針對步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)，首先介紹了選題的要求，之后詳細(xì)敘述了軟件和硬件的設(shè)計(jì)過程。確定鍵能使界面從初始化顯示切換到步進(jìn)電機(jī)顯示界面， 09 十個(gè)數(shù)字鍵用來設(shè)置轉(zhuǎn)速，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)向，加速和減速鍵用來控制轉(zhuǎn)速，以十轉(zhuǎn)為基本單位進(jìn)行 遞加或遞減，設(shè)置鍵可以設(shè)置轉(zhuǎn)向、精確的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，當(dāng)設(shè)置完成是可以用啟動(dòng)鍵啟動(dòng)。通過硬件和軟件調(diào)試，并針對問題分析修改后，步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。 最后論文對設(shè) 計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，對設(shè)計(jì)中可以進(jìn)一步改善的地方提出了建議。本設(shè)計(jì)選用 PMM8713 四相步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配器、 SI— 7300A 四相功率驅(qū)動(dòng)器，組成四相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)的控制框圖如圖 所示 [5][4]： 圖 方案一框圖 方案二：用單片機(jī)作為步進(jìn)電機(jī)的核心控制器件，鍵盤調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、時(shí)間等，液晶顯示當(dāng)前狀態(tài)。 另外，在大學(xué)中我們已經(jīng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了單片機(jī)，對單片機(jī)的應(yīng)用編程比較熟悉。以下將會(huì)對所選方案的可行性和主要芯片的選擇做系統(tǒng)的介紹。 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單 ，但是這種簡 單也是相對的，步進(jìn)電機(jī)本身的代碼還是相當(dāng)繁雜，它要執(zhí)行一系列指令才能正確的完成一個(gè)簡單的操作，才能按照設(shè)計(jì)者的意志工作。 首先，我們設(shè)計(jì)的這個(gè)電機(jī)是一個(gè)功能相對比較簡單步進(jìn)電機(jī)，不像其他的電機(jī)那樣功能復(fù)雜，它只要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間及正反轉(zhuǎn)即可，對于實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)功能，程序不是太復(fù)雜，用一塊單片機(jī)足以達(dá)到目的。第三，電機(jī)的顯 示相對比較小、畫面簡單，只有轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)時(shí)間等幾個(gè)漢字，這些在一塊稍大的液晶屏上就足以顯示。由以上幾點(diǎn)可知：用單片機(jī)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)在硬件和軟件兩個(gè)方面都是可行的。按廠家分種類就更多 ,我國目前最常用的單片機(jī)有如下幾家 :Intel 公司的(MCS51 系列 ,MCS96 系列 )； Atmel 公司的 (AT89 系列 ,MCS51 內(nèi)核 )；Microchip 公司的 (PIC 系列 )； Motorola 公司的 (68HCXX 系列 )； Zilog 公司的(Z86 系列 )； Philips 公司的 (87,80 系列 ,MCS51 內(nèi)核 )； Siemens 公司的 (SAB80系列 ,MCS51 內(nèi)核 )； NEC 公司的 (78 系列 )，每種單片機(jī)的都有不同，包括： I/O口個(gè)數(shù)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)、 數(shù)據(jù) /程序存取區(qū)大小、中斷源個(gè)數(shù)、有無看門狗中斷、有無 A/D 轉(zhuǎn)化等等 [1][2][9]。所以選擇了 Atmel公司的 AT89C51 單片機(jī)。 由以上參數(shù)可知 AT89C51 單片機(jī)完全滿足設(shè)計(jì)要求 ,且在成本上較其他類型的單片機(jī)有優(yōu) 勢。 前兩種為不帶字庫的漢字、圖形點(diǎn)陣液晶屏，共 64 行， 128 列，能顯示 4 行 8列 32 個(gè) 16*16 點(diǎn)陣漢字或 4 行 16 列 64 個(gè) 16*8 點(diǎn)陣字符或者最大 128*64 點(diǎn)陣圖形。 后幾種則是帶字庫的字符點(diǎn)陣，不能顯示圖形。 由以上介紹可知， AMPIRE128*64 液晶顯示模塊表示橫向有 128 點(diǎn)，縱向有64 點(diǎn)，可顯示 16*16 中文字 4 行，每行 8 個(gè)字，很明顯，這塊液晶屏滿足步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的顯示要求，大小也合適。這塊液晶和以上的很不一樣，它基于 T6963C 內(nèi)核，引腳更多，功能更復(fù)雜，指令集也更多（這些相關(guān)內(nèi)容將在下一章具體介紹） [1][2][3]。 AMPIRE128*64 液晶屏介紹 AMPIRE128*64 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集 ?？梢燥@示 84 行 1616 點(diǎn)陣的漢字 。 低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。它可直接與 8 位微處理器相聯(lián)，可與 HD61203 配合，對液晶屏進(jìn)行行列驅(qū)動(dòng)。 該器件支持非常廣泛的 字符 格式，液晶顯示器允許通過編程 設(shè)置 選擇不同的組合 。 HD61202 指令集 HD61202 及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器的指令系統(tǒng)比較簡單總共只有七種現(xiàn)在分別介 8 紹如下 。 (2)顯示起始行 （ ROW） 設(shè)置指令 R/W D/1 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 1 顯示起始行（ 0— 63） 該指令設(shè)置了對應(yīng)液晶顯示屏最上一行的顯示 RAM 的行號(hào)，有規(guī)律的改變顯示起始行，可以使 LCD 實(shí)現(xiàn)顯示滾動(dòng)效果。 (4)列地址（ Y Address）設(shè)置指令 R/ D/1 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 1 顯示列地址（ 0— 63） 設(shè)置了頁地址和列地址，就唯一確定了 RAM 中的一個(gè)單元，這樣 MPU 就可以讀、寫指令，讀出該單元中的內(nèi)容或向該單元寫進(jìn)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。 BUSY: 內(nèi)部在工作 0，正常狀態(tài) 1； ON/OFF: 顯示關(guān)閉 0，顯示打開 1； REST: 復(fù)位狀態(tài) 0，正常狀態(tài) 1。 在對 HD61202 及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器操作之前，要查詢 BUSY 狀態(tài)，以確定是否隊(duì) HD61202 及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行操作。必須注意的是，進(jìn)行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會(huì)讀出所要讀的單元中的數(shù)據(jù)。一般電容取 20~47uF，本系統(tǒng)晶體的振蕩頻率為 12MHz。 X T A L 1X T A L 2X1CR Y S T A LC13 0 p FC23 0 p F 圖 晶振電路 復(fù)位電路 復(fù)位操作是單片機(jī)的基本操作，單片機(jī)在進(jìn)入運(yùn)行前和在運(yùn)行過程中程序出錯(cuò)或操作失誤使系統(tǒng)不能正常運(yùn)行時(shí)，需要進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位操作后，程序?qū)?0000H開始重新執(zhí)行。微電子學(xué)的迅速發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的普及與應(yīng)用 ,為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊前景 ,使得以往用硬件電路構(gòu)成的龐大復(fù)雜的控制器得以用軟件實(shí)現(xiàn) ,既降低了硬件成本又提高了控制的靈活性 ,可靠性及多功能性。應(yīng)用 SGS 公司推出的L298 芯片可方便的組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ,并結(jié)合 AT89C51 單片機(jī)進(jìn)行控制 ,即可以實(shí)現(xiàn)用相對便宜的價(jià)格組成一個(gè)性能不錯(cuò)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。K1~K8 分別與 ~ 相接，鍵盤如圖 所示： 12 01234567PRWES2S1RSABCDK1K2K3K4K5K6K7K8K1K2K3K4K5K6K7K8X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A