【正文】 R2110 的內(nèi)部功能框圖如圖311所示。如上所述IR2110的特點，可以為裝置的設(shè)計帶來許多方便。 圖 311 IR2110 內(nèi)部功能框圖2. 功率驅(qū)動原理IR2110 驅(qū)動半橋的電路原理圖如圖312所示。假定在 關(guān)斷期間 已充到足夠的電壓（2CV1S≈ ）。此時 可1CM1VgR1Sgc1Cgc1C1V等效為一個電壓源。經(jīng)短暫的死區(qū)時間（ ）之后， 為高電平， 開M21 dtLIN2通， 經(jīng) ， 給 充電，迅速為 補充能量。CD2 13. 自舉元器件的分析與設(shè)計如圖312 所示，自舉二極管（ ）和電容（ ）是 IR2110在PWM 應(yīng)用時D1V1C需要嚴(yán)格挑選和設(shè)計的元器件，應(yīng)根據(jù)一定的規(guī)則進行計算分析。（1）自舉電容的設(shè)計MOSFET開通時，需要在極短的時間內(nèi)向門極提供足夠的柵電荷。綜合上述條件，此時對應(yīng)的自舉電容可用下式表示： （32）??1gC=2Q01.工程應(yīng)用則取 .25本設(shè)計中選用2SK1389 50 /600 MOSFET 充分導(dǎo)通時所需要的柵電荷AV=150 （可由特性曲線查得）， =24 ，那么gnC=2150 /(24－20－ )=190710F可取 = ，且耐壓大于35 的鉭電容。為了減少電荷損失，應(yīng)選擇反向漏電流小的快恢復(fù)二極管。其作用為：當(dāng)電流切斷的瞬間，利用電容器電壓不能突變的特點，把尖峰電壓電流吸收。使關(guān) MOSFET 斷過電壓能得到有效的抑制并減少關(guān)斷損耗。該電路采用一片 LM358 運算放大器、一只型號為 2CW3720A[10]的穩(wěn)壓二級管( )、一個 10 電阻、一個 1 電阻和 5 的穩(wěn)壓電源構(gòu)成同V?KΩV向比較器。3. 過電壓保護19過電壓保護電路同過電流保護電路原理相同，作用是防止電壓過大使電路損壞,如圖 315 所示。VKΩV當(dāng)電源電壓高于 （ ）時，LM358 輸出高電平，80C196KC 的24TXD/ 端口，啟動保護程序。PLC對電機兩端電壓控制的模擬信號（0～5 ）通過其模擬量輸出口輸出，輸送到V，它含有A/D轉(zhuǎn)換器，可將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這些信號經(jīng)80C196KC處理后，執(zhí)行相應(yīng)程序， 為兩片IR2110提供雙極性PWM信號； 連接PLC的數(shù)據(jù)輸出口，用于接受 PLC發(fā)來的電機正/反轉(zhuǎn)控制信號，輸入高電平為正轉(zhuǎn)，低電平為反轉(zhuǎn)；TXD/ 連接IR2110的SD端口，當(dāng)輸出高電平時，IR2110的兩路輸出HO、LO都被關(guān)閉，與其連接的MOSFET關(guān)斷，則電動機停止轉(zhuǎn)動，反之，IR2110繼續(xù)控制MOSFET使電機轉(zhuǎn)動。201. 80C196KC 單片機80C196KC 是 INTEL 公司 MCS－96 系列單片機中重要的新成員。其特點為：（1）16 位 CPU，可尋址空間為 64KByte。（3）232Byte 內(nèi)部 RAM，256Byte 的附加 RAM；（4）快速運算能力。在 16MHz 時鐘下，檢測和產(chǎn)生脈沖的分辨率可達 ，即可由 HIS 檢測 570KHz 的輸入脈沖，也可由 HSO?產(chǎn)生 570KHz 的脈沖；（6）具有選擇 10 位/8 位轉(zhuǎn)換的特點，還可控制 A/D 轉(zhuǎn)換的時間；（7）具有全雙工串行口；（8）外圍事務(wù)服務(wù)器，以很小的 CPU 開銷為 I/O 功能部件服務(wù)；（9）監(jiān)視定時器。80C196KC 的結(jié)構(gòu)封裝圖如圖 316 所示。CVV（2） 數(shù)字電路地（0 ） ，三個 引腳都應(yīng)接地。P（4） 片內(nèi) 轉(zhuǎn)換器的參考電壓（＋5 ） 。NGS第二部分：控制信號和時鐘信號，共 13 個引腳，它們是（1） 取指讀操作輸出信號。（2） 非屏蔽中斷請求信號輸入腳。該引腳僅供 開發(fā)系統(tǒng)INTEL使用。CLKOUT（4） / 寫外部存儲器高位字節(jié)/總線高位字節(jié)允許輸出信號，WRHBE由 （芯片配置寄存器）選擇。在訪問一個 16 位寬的存儲器時，需選擇 功能，BHE即當(dāng) ＝0 時，選擇連接至數(shù)據(jù)總線高位字節(jié)的存儲器。0A（5） / 寫外部存儲器低位字節(jié)/寫外部存儲器輸出信號，在WRL80C196KC 芯片中，由 選擇輸出 或 信號。若 ＝1，則運行中BUSIDTHCR.的總線寬度取決于該引腳的邏輯值。若 =0,則總線寬度為 8 位，與此引腳的電平無關(guān)。片內(nèi)有微弱上拉作用，其用于延REAY長 訪問存儲器的總線周期。U22（8） 片內(nèi)振蕩發(fā)生器中反相器的輸入端，輸入外部振蕩信號，XTAL1通常接外部石英晶體（16 ）MHz（9） 片內(nèi)振蕩發(fā)生器中反相器的輸出端，通常接外部石英晶2體。REST（11） 對外部存儲器的讀信號、低電平有效（輸出） 。 ＝0 時訪問片外存儲器， ＝1 時AEAEA訪問片內(nèi) 。第三部分：I/O 信號線，即 I/O 功能部件的輸入或輸出線，共 48 個引腳，它們是：（1）HSI 四個引腳均為高速輸入部件的輸入端，其編號為、 、 、 ，其中的 和 引腳與 HSO 部件共用。（3）P0 口 ～ 為 8 位的高輸入阻抗口，即可作為數(shù)字量輸入口，也可作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入口（作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端時，編號為～） 。在 P1 口中，～ 三個腳分別與 、 、 引腳共享。（7）P4 口 具有漏極開路輸出的 8 位雙向口，內(nèi)部有很強的上拉作用，其一般用作地址總線 [11]。如圖317所示， 連接到IC1的HIN 和IC2的LIN，同時控制Q1 、Q4的導(dǎo)通和關(guān)閉； 的LIN和IC2的 HIN，同時控制Q2 、Q3的導(dǎo)通和關(guān)閉 [12]。因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形。圖 317 控制電路原理圖設(shè)PWM波的周期為 ，HIN為高電平的時間為 ，忽略死區(qū)時間，則LINT1t為高電平的時間為 。設(shè)電源電壓為 ，則電1t γ=/TV樞電壓的平均值為：＝[ －( )]OUTV1ttV/ ＝( )2 ＝( ) （3γ5）24定義負(fù)載電壓系數(shù)為 ， ＝ /V，則：ρOUTV＝ （3ρ2γ16）當(dāng)T為常數(shù)時，改變HIN 為高電平的時間 ,也就改變了占空比 ，從而達到1t γ了改變 的目的。連續(xù)改OUVγρ變 ，即可實現(xiàn)電機正/反向的無極調(diào)速。只是由于電機的控制電壓是正負(fù)對稱的矩形波，因而直流分量為零，導(dǎo)致電機不會旋轉(zhuǎn)。這種微振對于電機克服啟動時的靜摩擦非常有利。80C196KC采用16MHz的晶振。設(shè)PWM 脈沖的周期為100ms，則計滿100個1ms的時間片段為一個周期。2） 信號輸送本設(shè)計采用四 2 輸入或門 74LS32 作為過電流保護、過電壓保護和停機保護三路信號輸入 80C196KC TXD/ 端口的輸送電路。25圖 318 保護信號輸送電路3） 看門狗檢測電路為監(jiān)控電源，進行掉電保護以及系統(tǒng)復(fù)位，設(shè)計看門狗電路。主要用來監(jiān)控系統(tǒng)的＋24 和＋5 兩組工V作電源，在電源低于一定范圍（＋5 電源低于＋ 、+24 電源低于 ）時，其 或 會輸出低電平，信號送入四 2 輸入與門 74LS08 后，VRESTPFO與門端 1Y 輸出低電平送入 80C196KC 的 端，復(fù)位 80C196KC 芯片。電路原理圖如圖 319 所示[13]。用于+5COMSμP V以外的低壓電源檢測；4. 低壓手動復(fù)位裝置。 門控電路步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的精密執(zhí)行元件,由于步進電機具有控制方便、體積小等特點, 所以在數(shù)控系統(tǒng)、自動生產(chǎn)線、自動化儀表、繪圖機和計算機外圍設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。 門控及驅(qū)動電路門控驅(qū)動電路設(shè)計主要是對步進電動機的驅(qū)動控制。1．L298 介紹L298的外型如圖321 所示， L298是一種專用的步進電機驅(qū)動集成芯片，內(nèi)部為雙H橋結(jié)構(gòu)，可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯電平信號，H橋可承受46V電源電壓， ，可驅(qū)27動電感性負(fù)載。下橋臂晶體管的發(fā)射極單獨引出，并聯(lián)在一起，以便接 圖321 L298外形圖入電流取樣電阻，形成電流傳感信號。 L298的H 橋驅(qū)動器功率集成電路包含有四個各自獨立的推挽式驅(qū)動器（即四個半橋），可單獨使用，例如用來驅(qū)動單極性的步進電機繞組或控制四臺不可逆直流電機。每個半橋有自己的輸入控制端，控制端信號式TTL電平。L298下橋臂NPN 晶體管的發(fā)射極引出外引腳，用來連接電流檢測電阻。圖 322 L298 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖323 L298的引腳排列 L298引腳排列如圖323 所示，引腳功能如下：28引腳1： ，連接電流檢測電阻，信號反饋給電極控制芯片，實SENICA現(xiàn)恒流控制。引腳2： ，全橋驅(qū)動器 的輸出端。2A引腳4： ，電機驅(qū)動電源。IN1引腳7： ，控制全橋驅(qū)動器 工作狀態(tài)。EBL引腳11: ，使能控制全橋驅(qū)動器B。GD引腳9： ，邏輯電源。IN3引腳12： ，控制全橋驅(qū)動器 工作狀態(tài)。OUT引腳14： ，全橋驅(qū)動器 的輸出端。A橋的ININ2分別與L297的A 、B相驅(qū)動信號端相連接，ENABLE A與L297的 端相連接，A橋驅(qū)動器的輸出端口OUT1和OUT2 與INH1步進電機相連。當(dāng) 輸出低電平3 INH時，A橋被封鎖，無輸出電流。電機繞組的相電流為2 （設(shè)計允許最大值） ，反饋電阻 的電流應(yīng)該在2 上下ASRA有微小浮動，因為斬波頻率很高，所以在宏觀上看來，電機一組繞組上的電流似乎保持在2 上，穩(wěn)定不動， “恒流斬波” 就是由此而來。電阻上的電壓為 （3SV=IR7）由于 ，由式（1）知， 。SR?ref②電容的選取 L298說明書規(guī)定， 和 在電源與地之間必須接的 100電容 、 的SV12C4值為100 ， 。nsec 門控控制電路設(shè)計 門控控制電路選用L297芯片，該芯片與L298組成的門控控制電路具有體積小，電路簡單，便于實現(xiàn)，控制方便，價格低，性能相對較高，功能比較齊全30的特點。其外型圖如圖325所示。它產(chǎn)生三種相序，對應(yīng)三種不同的工作方式，即半步方式（HALFSTEP ）；基本步距（FULLSTEP,整步）一相激勵方式；基本步距兩相激勵方式。此時HALF/FULL （半/ 整步）信號為高電平。 圖325 L297外形圖L297另一個重要組成是由兩個PWM斬波器來控制相繞組電流，實現(xiàn)恒流斬波控制以獲得良好的轉(zhuǎn)距頻率特性。頻率 是由外接16腳RC網(wǎng)絡(luò)決定的，當(dāng)R10 時， 。這樣，觸發(fā)器輸出的是恒頻PWM信號，調(diào)制L297的輸出信號，繞組相電流峰值由 整定。因此L297可產(chǎn)生三種不同相序，其波形圖如圖 32圖32圖328所示。計數(shù)器的最后有效位并不受影響，因此，當(dāng)選擇全階梯模式時，相序的產(chǎn)生有賴于譯碼器狀態(tài)。當(dāng)譯碼器在雙數(shù)狀態(tài)時，可獲得單相連接全階梯模式，如圖328所示。圖 326 四相八拍、半步方式或稱半階段 圖 327 雙四拍、整步方式或稱全階段圖 328 單四拍、整步方式而在采用兩相連接全階段模式時，就沒有INH1和INH2信號產(chǎn)生。32L297的引腳排列如圖329所示，各引腳功能如下：圖 329 L297 的引腳圖引腳1： ，同步信號輸出。SYNC引腳2： ，地。當(dāng)L297回到它的初始狀態(tài)（ ABCD＝0101）HOME時，此引腳輸出高電平。A引腳5： ，抑制1腳，抑制驅(qū)動級 、 。B引腳7： ，電機 相驅(qū)動電源信號。IHCD引腳9： ，電機 相驅(qū)動電源信號。當(dāng)它為低電平時， 、 ，ENABLINH12， ， ， 都為低。當(dāng)其為低電平時，斬波信號OTR作用于禁止信號，而當(dāng)它是高電平時，斬波信號作用于 、 、 、 信號。SV引腳13： ，傳感2，用來檢測 、 相繞組中的電流。引腳15： ，參考電壓。斬波頻率由連接在這個引腳的 網(wǎng)絡(luò)OCS RC決定。f=引腳17： ，正/反轉(zhuǎn)方向信號輸入端。LK引腳19： ，半步/全步輸入端。REST2. 工作原理 PLC通過I/O數(shù)據(jù)口把門控信號送到80C196KC的數(shù)據(jù)輸入口，80C196KC接到信號后，執(zhí)行門控程序向 L297傳送各類控制信號。通過L297后，產(chǎn)生二相步進電機的脈沖相序，把此相序送給L298的四個輸入端，在輸出端口，產(chǎn)生二相步進電機的驅(qū)動信號，用來驅(qū)動二相步進電機。 斬波器的斬波頻率為 （?8）斬波頻率的取值一般大于10 ，如果斬波器的斬波頻率過高，就會增加KHz開關(guān)損耗，使發(fā)熱嚴(yán)重，效率降低，可靠性也下降；如果斬波頻率過低，則會引起電機運行中振動加劇，運行特性也會變壞。電阻R不能過大，否則會嚴(yán)重發(fā)熱，但是同時要求電阻 要足夠大，使得5 電壓在其上降落后，流經(jīng)電RV阻R的電流非常小，不至于影響到晶體振蕩器的正