【正文】 年會(huì)上提出了步進(jìn)電機(jī)步距角細(xì)分的控制方法。實(shí)踐證明，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以減小步進(jìn)電機(jī)的步距角，提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，增加控制的靈活性等。 細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本思想是 :各相繞組的通電狀態(tài)改變時(shí)，不是將繞組電流全部通入或切除，而是只改變相應(yīng)繞組電流的一部分，則電機(jī)的合成磁場(chǎng)的改變也只有原來(lái)的一部分，因?yàn)檗D(zhuǎn)子的平衡位置與電機(jī)中的合成磁場(chǎng)的方向保持同步，所以轉(zhuǎn)子的每步運(yùn)行也只有原先步距角的一部分。電流分成多少個(gè)臺(tái)階，則轉(zhuǎn)子就以同樣的次數(shù)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，這種將原先的一個(gè)步距角細(xì)分成若干步的 驅(qū)動(dòng)方法，稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)。經(jīng)過(guò)細(xì)分后，驅(qū)動(dòng)電流的變化幅度大大減少，故轉(zhuǎn)子到達(dá)平衡位置時(shí)的過(guò)剩能量也大為減少。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，在 10 細(xì)分狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每走一步，其繞組內(nèi)的電流變化 只有 xx 大 學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 而不是 3A，這樣就大大的減弱了電機(jī)的振動(dòng)和噪音。 ，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行拍數(shù)越多，步距角越小，進(jìn)入動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)越容易，起動(dòng)頻率就越高，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也越大?？傮w來(lái)說(shuō)，相對(duì)于其它的驅(qū)動(dòng)方 式，細(xì)分驅(qū)動(dòng)的控制效果最好，這是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的重大進(jìn)展之一。 然后對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并在此基礎(chǔ)上提出細(xì)分驅(qū)動(dòng)，分析細(xì)分驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。它是在一塊塊半導(dǎo)體芯片上，集成了 CPU， ROM， RAM， I/O 接口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件，構(gòu)成了一臺(tái)完整的數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)在控制領(lǐng)域中，有如下幾個(gè)特點(diǎn)： 、成本低、易于產(chǎn)品化，能方便地組裝成各種智能式控制設(shè)備及各種智能儀器儀表。 ，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其它機(jī)種無(wú)法比擬的。 由于單片機(jī)具有體積小、低功耗、可靠性高、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛的應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng) 域，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了重要的推動(dòng)作用。 ：智能儀器、醫(yī)療器械、色譜儀、示波器。 ：調(diào)制解調(diào)器、智能線路運(yùn)行控制、程控交換技術(shù)。 ：磁帶機(jī)、打印機(jī)、溫氏硬盤驅(qū)動(dòng)器。 芯片 的選擇 選擇單片機(jī)時(shí)要以無(wú)需外部擴(kuò)展或較少的外部擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能，并且不對(duì)單片機(jī)資源造成太大的浪費(fèi)為原則。 所以要求單片機(jī)有足夠的 I/0 腳、中斷資源、定時(shí) /計(jì)數(shù)器等，還要求單片機(jī)價(jià)格便宜和有足夠容量的內(nèi)部存儲(chǔ)器。 MCS51 系列單片機(jī)及其兼容機(jī)在國(guó)內(nèi)使用十分廣泛，開發(fā)工具也很完善，相關(guān)的資料和應(yīng)用實(shí)例很多，可以少走很多彎路，加快開發(fā)的進(jìn)度，所以單 片機(jī)的指令應(yīng)與 MCS51 xx 大 學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 兼容。各個(gè)系列的單片機(jī)各有所長(zhǎng)，在處理速度、穩(wěn)定性、 I/0 能力、功耗、功能齊全、價(jià)格等方面各有優(yōu)劣。 Intel 公司生產(chǎn)的 51 系列單片機(jī)具有功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉、體積小、開發(fā)容易，步進(jìn)電機(jī)控制器操作等特點(diǎn)，在市場(chǎng)中占有很大的份額，是一種比較通用且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的產(chǎn)品。 ，最高時(shí)鐘頻率為 12MHz24MHz。 128 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM。 個(gè)特殊功能寄存器 SFR。 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器， 5 個(gè)中斷源，有 2 個(gè)優(yōu)先級(jí) 。 AT89C51 單片 機(jī) 與 管腳功能簡(jiǎn)介 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4KB 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ EPROM）和 128 B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和FLASH 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C51 單片機(jī)能可靈活應(yīng)用于很多高性價(jià)比的場(chǎng)合和各種控制領(lǐng)域。同時(shí)， AT89C51 可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一 起構(gòu)成自激振蕩器。也可采用外部時(shí)鐘，這時(shí)外部時(shí)鐘接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在閑置模式下， CPU停止工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 GND：接地。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收， 輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè)TTL 門電流 。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。 EA /VPP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳 也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出 。能完成數(shù)字量輸入到模擬量 (電流 )輸出的轉(zhuǎn)換。其主要參數(shù)如下：分辨率為 8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1μs，滿量程誤差為 177。在 DAC0832 中有兩級(jí)鎖存器，第一級(jí)鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號(hào)為 ILE，第二級(jí)鎖存器稱為DAC 寄存器，它的鎖存信號(hào)也稱為通道控制信號(hào) XFER 。輸入寄存器和 DAC 寄存器 作為雙緩沖，因?yàn)樵?CPU 數(shù)據(jù)線直接接到DAC0832 的輸入端時(shí)，數(shù)據(jù)在輸入端保持的時(shí)間僅僅是在 CPU 執(zhí)行輸出指令的瞬間內(nèi)，輸入寄存器可用于保存此瞬間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。 當(dāng) ILE 為高電平，片選信號(hào) CS 和寫信號(hào) 1WR 為低電平時(shí)，輸入寄存器控制信號(hào)為 1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。 對(duì)第二級(jí)鎖存來(lái)說(shuō)，傳送控制信號(hào) XFER 和寫信號(hào) 2WR 同時(shí)為低電平時(shí)，二級(jí)鎖存控制信號(hào)為高電平， 8 位的 DAC 寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng) 2WR 由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到 DAC 寄存器中。 ：模擬電流輸出端 1，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 1 時(shí)，輸出電流最大，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 0 時(shí)，輸出電流為 0。 ：反饋電阻引出端， DAC0832 內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB 端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。 VREF端與 D/A 內(nèi)部 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。 8279顯示與鍵盤控制 芯片簡(jiǎn)介 8279 顯示鍵盤控制芯片的功能 8279 芯片是采用177。 16 位字節(jié)顯示存儲(chǔ)器。 ~DB7：雙向數(shù)據(jù)總線。 ： 8279 的系統(tǒng)時(shí)鐘， 100Hz 為最佳選擇。輸入 HI 時(shí)可復(fù)位 8279。當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，可將命令寫入 8279或讀取 8279 的數(shù)據(jù)。 A0=0 時(shí)，讀寫一般數(shù)據(jù)； A0=1 時(shí)，讀取狀態(tài)標(biāo)志位或?qū)懭朊睢?RD=0 時(shí)， 8279 輸送數(shù)據(jù)到外部總線。 WR=0 時(shí)， 8279 從外部總線接收數(shù)據(jù)。平常 IRQ 為 LO ，在鍵盤模式下，每次讀取FIFO/SENSOR RAM 的數(shù)據(jù)時(shí)， IRQ 變?yōu)?HI，讀取后轉(zhuǎn)為 LO；在傳感器模式下，只要傳感器一有變化，就會(huì)使 IRQ 變?yōu)?HI，讀取后轉(zhuǎn)為 LO。 ~RL7：鍵盤 /傳感器的返回線。在激發(fā)輸入模式時(shí)，為 8 位的數(shù)據(jù)輸入。 ：在鍵盤掃描模式時(shí)，引腳的輸入狀態(tài)會(huì)與 SHIFT 以及其它按鍵的狀態(tài)同一儲(chǔ)存，內(nèi)部有上拉電阻，未按時(shí)為 HI，按時(shí)為 LO。 ~OUTA3：動(dòng)態(tài)掃描顯示的輸出口 (高 4 位 )。 ：消隱 輸出線。 IR2130 是雙列直插具有 28 個(gè)引腳的高性能功率 MOS 或 IGBT 驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 34 所示。除上 述外，它的內(nèi)部還集成有三個(gè)輸入信號(hào)處理器 ISG、三個(gè)脈沖處理和電平移位器 PGLS、三個(gè)高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)鎖存器 LT，三個(gè)高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的欠電壓檢測(cè)器 UVDR 及六個(gè)低阻抗輸出驅(qū)動(dòng)器 DR 和一個(gè)或門電路OR。它可對(duì)同一橋臂上、下兩個(gè)功率 MOS 器件的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生 2us 的互鎖延時(shí)時(shí)間。 IR2130 的保護(hù)功 能十分強(qiáng)大，內(nèi)部設(shè)有過(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓、邏輯識(shí)別保護(hù)以及封鎖和指示環(huán)節(jié)。另一方面，經(jīng) 8 腳輸出一低電平信號(hào)，可用于封鎖脈沖或聲光報(bào)警。再有當(dāng)高壓側(cè)某路自舉電源欠壓時(shí)，則該路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器UVDR 迅速動(dòng)作，封鎖該路輸出。它巧妙運(yùn)用了自舉技術(shù)形成懸浮的高壓側(cè)電源，因而只用一路電源即可驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變電路中的六個(gè)功率 MOS。 圖 34 IR2130 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 各引腳功能為 :VB1—VB3:是懸浮電源連接端，通過(guò)自舉電容 為 3 個(gè)上橋臂功率管的驅(qū)動(dòng)器提供內(nèi)部懸浮電源 。HIN1—HIN LIN1—LIN3:逆變器上橋臂和下橋臂功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，低電平 xx 大 學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 有效。 CA、 CAO、 ssV :內(nèi)部放大器的反相端、輸出端和同相端，可用來(lái)完成電流信號(hào)檢測(cè)。 FAULT:過(guò)流、直通短路、過(guò)壓、欠壓保護(hù)輸出端，該端提供 一個(gè)故障保護(hù)的指示信號(hào)。 ccV 、 ssV :芯片供電電源連接端， ccV 接正電源，而 ssV 接電源地。 1R 和 2R 是 IGBT 的門極驅(qū)動(dòng)電阻，一般可采用 10 到幾十歐。 IR2130 的 HIN1—HIN LIN1—LIN3 作為功率管的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)與單片機(jī)連接，由單片機(jī)控制產(chǎn)生控制信號(hào)的輸入，F(xiàn)AULT 與單片機(jī)外部中斷引腳連接，由單片機(jī)中斷程序來(lái)處理故障。 xx 大 學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 本章小結(jié) 本章 首先詳細(xì) 介紹了 AT89C51 單片機(jī)，然后對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 以及IR2130 驅(qū)動(dòng)器 等芯片的結(jié)構(gòu)及其功能 進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，為 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 提供設(shè)計(jì)依據(jù) 。 驅(qū)動(dòng)器的主回路由整流濾波電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路以及步進(jìn)電機(jī)等組成。 驅(qū)動(dòng)器的控制部 分由單片機(jī)控制器、 D/A 轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)模動(dòng) IR2130 電路組成。 開關(guān)電源用來(lái)給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的控制電路和驅(qū)動(dòng)模動(dòng) IR2130 提供 工作 電源。另外還有細(xì)分步數(shù)選擇信號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)脫機(jī)信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出到電機(jī)的電流被切斷，電機(jī)轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài) (脫機(jī)狀態(tài) )。 DAC 用電源作為參考電壓， ddV (? 5V)作為上 限參考電壓， ssV (OV)作為下限參考電壓。 由于細(xì)分?jǐn)?shù)目較高，采用一片 4 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一片 4 位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每周期最高細(xì)分?jǐn)?shù)可達(dá)到 42 ? 10=由于是驅(qū)動(dòng)三相步進(jìn)電機(jī)，把最 高細(xì)分?jǐn)?shù)定為 120。 利用 C 語(yǔ)言或者 MATLAB 將多種細(xì)分?jǐn)?shù)下的繞組電流參考信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼存儲(chǔ) EPROM 中。 對(duì)一個(gè)周期進(jìn)行 256 等分，即均分成 256 個(gè)采樣點(diǎn)，算出各采樣點(diǎn)的值，因?yàn)?D/A 轉(zhuǎn)換的輸出電壓幅值在上限參考電壓 +5v 和下限參考電壓 0V 之間，因 此各采樣點(diǎn)的值需要疊加上一個(gè)偏移值 ，將各采樣點(diǎn)的值轉(zhuǎn)化到 05V 范圍內(nèi)。 電路工作時(shí)，單片機(jī)根據(jù)步進(jìn)脈沖 (CP)、方向信號(hào)和當(dāng)前的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置，從單片機(jī)存儲(chǔ)器中取出相應(yīng)的階梯波的數(shù)字量，寫入 DAC 寄存器經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換后輸出階梯波。功率晶體管兩兩串聯(lián)組成一個(gè)橋臂，每一橋臂為步進(jìn)電機(jī)的一相提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 在 T1T6 工作 過(guò)程中，同一橋臂的兩個(gè)功率開關(guān)管，處于不停地交替導(dǎo)通和截止的狀態(tài)。 由于 單片機(jī)提供的數(shù)據(jù)量經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 轉(zhuǎn)換 出來(lái) 的 模擬 信號(hào)幅值可能太小，無(wú)法驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn) 。 圖 42 功率電路 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 顧名思義， D/A 轉(zhuǎn)換電路功能就是實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，其 電路連接如圖 43 所示。 本 設(shè)計(jì)將 片選信號(hào) CS 和寫信號(hào) 1WR 都與單片機(jī)的 P1 口相連，由 P1 口 向 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832輸 送數(shù)據(jù)，以控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 運(yùn)行方式