【正文】 和 RS485，根據(jù)本設(shè)計的實際情況，RS232 串行通信可以滿足要求， 232 電平與 TTL 電平的 轉(zhuǎn)換使用已廣泛使用且效果良好的MAX232 芯片。 RS232通信協(xié)議 （ 1） RS232C標(biāo)準(zhǔn)介紹 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)中， RS232C是目前最常用的一種串行通信接口。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)的全稱是 EIARS232C 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對串行通信的連接電纜和機械、電氣特性、信號功能以及傳輸過程都進(jìn)行了明確的規(guī)定，適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在 020kb/s范圍內(nèi)的通信。 RS232C的推薦最大電纜長度為 15m，實際通信中可以以降低通信速率為代價適當(dāng)延長通信距離。如果要實現(xiàn)長距離的傳輸（數(shù)百米），需要使用專門的 長線驅(qū)動器來延長 RS232C的 第 15 頁 通信距離。 （ 2） RS232C中的引腳定義和電氣特性 RS232C 中定義了 20 根信號線，使用 25 芯 D 型連接器 DB25 實現(xiàn)，后來為了簡化串口的線路連接，出現(xiàn)了 9芯 D型連接器 DB9， DB9引腳的分布和信號說明分別如圖 示。 162738495DB9TextDCDDSRRXDRTSTXDCTSDTRRIGND 圖 DB9連接器引腳定義 表 DB9連接器信號說明 引腳號 符號縮寫 方向 說明 1 DCD 輸入 數(shù)據(jù)載波檢出 2 RXD 輸入 接受數(shù)據(jù) 3 TXD 輸出 發(fā)送數(shù)據(jù) 4 DTR 輸出 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 5 GND 信號地 6 DSR 輸入 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 7 RTS 輸出 請求發(fā)送 8 CTS 輸入 允許發(fā)送 9 RI 輸入 振鈴提示 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性參數(shù)有帶 37KΩ時驅(qū)動器的輸出電平、輸出開路時接受器的輸出邏輯、輸入經(jīng) 300Ω接地時接收器的輸出邏輯和驅(qū)動器轉(zhuǎn)換速率等。不同于傳統(tǒng)的 TTL 等數(shù)字電路的邏輯電平， RS232C的邏輯電平以公共地為對稱，其邏輯“ 0”電平規(guī)定在 +3V+25V之間，邏輯“ 1”電平規(guī)定在 3V— 25V 之間，因此需要使用正負(fù)極性的雙電源供電。由于其與 TTL等數(shù)字電路的邏 輯電平不兼容，因此二者之間的連接必須使用電平轉(zhuǎn)換。一般使用中，只需要連接好 TXD、 RXD、 DSR、 RTS、 GND5根線即可正常通信。如果去掉握手信號，最少使用3 根線即可實現(xiàn)正常的串口通信。 本設(shè)計采用 MAX232芯片實現(xiàn)單片機和上位機之間電平的轉(zhuǎn)換，而且該芯片本身對電流具有一定的泵升的作用，因此廣泛應(yīng)用于串行通信中。 串行通信電路 第 16 頁 RS232C接口電路包括 RS232C接口電平轉(zhuǎn)換部分和 RS232C總線連接部分。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平與 TTL電平之間的轉(zhuǎn)換用 MAX232芯片實現(xiàn)，單片機 的 TXD、 RXD分別連到 MAX232的 T2in、 R1out端。在 RS232C 的總線連接上采用最簡單的三線連接模式，即連接 DB9的 TXD、RXD 和 GND三端。 V+2C 1 +1C 1 3C 2 +4C 2 5V6T 2 I N7R 2 O U T8V C C16G N D15T 1 O U T14R 1 I N13R 1 O U T12T 1 I N11T 2 O U T10R 2 I N9S?M A X 2 3 2C60 .1C70 .1C80 .1C50 .1V C C162738495J?D B 9 圖 RS232C接口電路 第 17 頁 4 電機與電氣控制電路設(shè)計 步進(jìn)電機模塊 步進(jìn)電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動機，它的運行需要專門的驅(qū)動電源，驅(qū)動電源的輸出受外部的脈沖信號控制。每一個脈沖信號可使步進(jìn)電機旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，這個角度稱為步距角。脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定了電動機旋轉(zhuǎn)的速度，改變 繞組的通電順序可以改變電機旋轉(zhuǎn)的方向。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，它既可以用作驅(qū)動電動機，也可以用作伺服電動機。它在工業(yè)過程控制中得到廣泛的應(yīng)用，尤其在智能儀表和需要精確定位的場合應(yīng)用更為廣泛。 圖 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機工作原理圖 步進(jìn)電機的工作原理 步進(jìn)電機是機電一體化的關(guān)鍵部件之一，被廣泛應(yīng)用于需要精確定位、同步、行程控制等場合。 一、步進(jìn)電動機有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅(qū)動。若每旋轉(zhuǎn)一圈以 200 個勵磁信號來計算，則每個勵磁信號前進(jìn) 18 度，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。二、步進(jìn)電動機的勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全步勵磁又有 1相勵磁及 2 相勵磁之分，而半步勵磁又稱 12 相勵磁。圖為步進(jìn)電動機的控制等效電路，適應(yīng)控制 A、 B、 /A、 /B 的勵磁信號，即可控制步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)動。每輸出一個脈沖信號，步進(jìn)電動機只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號，即可步進(jìn)電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動。 分述如下： A、 1 相勵磁法：在每一瞬間只有一個線圈導(dǎo)通。消耗電力小，精確度良好，但轉(zhuǎn)矩小，振動較大，每送一勵磁信號可走 度。若欲以 1 相勵磁法控制步 進(jìn)電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如圖所示。若勵磁信號反向傳送，則步進(jìn)電動機反轉(zhuǎn)。 第 18 頁 B、 2 相勵磁法：在每一瞬間會有二個線圈同時導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)矩大，振動小，故為目前用最多的勵磁方式，每送一勵磁信號可走 度。若以 2 相勵磁法控制步進(jìn)電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如圖所示。若勵磁信號反向傳送，則步進(jìn)電動機反轉(zhuǎn)。 C、 12 相勵磁法：為 1 相與 2 相輪流交替導(dǎo)通。因分辨率提高，且運轉(zhuǎn)平滑，每送一勵磁信號可走 度，故亦廣泛被采用。若以 1 相勵磁法控制步進(jìn)電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如圖所示。若勵磁信號反向傳送，則步 進(jìn)電動機反轉(zhuǎn)。勵磁順序： A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 步進(jìn)電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度愈快負(fù)載轉(zhuǎn)矩愈小，當(dāng)速度快至其極限時，步進(jìn)電動機即不再運轉(zhuǎn)。所以在每走一步后，程序必須延時一段時間。 下面介紹的是國產(chǎn)20BY0型步進(jìn)電機，它使用 +5V直流電源，步距角為 18度。電機線圈由四相組成，即 A、 B、 C、D四相，驅(qū)動方式為二相激磁方式，電機示意圖和各線圈通電順序如圖 ： 第 19 頁 圖 步進(jìn)電機原理圖 表 線圈通電順序 相順序從 0到 1稱為一步，電機軸將轉(zhuǎn)過 18度， 0?1?2?3?4則稱為通電一周，轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過 72 度，若循環(huán)進(jìn)行這種通電一周的操作，電機便連續(xù)的轉(zhuǎn)動起來，而進(jìn)行相反的通電順序如 4?3?2?1將使電機同速反轉(zhuǎn)。通電一周的周期越短，即驅(qū)動頻率越高，則電機轉(zhuǎn)速越快，但步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因為它每走一步需要一定的時間，若信號頻率過高，可能導(dǎo)致電機失步，甚至只在原步顫動。 步進(jìn)電機的步距角與工作拍數(shù) 對于一個步進(jìn)電機，如果它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為 Nr ，它的齒距角 z? 為： z? =2Π /Nr ，而步進(jìn)電機運行 k拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距位置。實際上步進(jìn)電機每一拍就執(zhí)行一次步進(jìn)，所以步進(jìn)電機的步距角 s? 可以表示如下： 2/s Nr k? ?? 公式（ ） 或 360 /s Nr k? ? 公式（ ） 其中： k是步進(jìn)電機工作拍數(shù)， Nr是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 例如：對于三相反應(yīng)式步進(jìn)電機而言，工作方式有三拍和六拍之分。三拍就是在轉(zhuǎn)動一個齒距時換相三次；六拍則是換相六次。而在三拍方式中還有單三拍和雙三拍之分。從公式 第 20 頁 ()可知：為了使步進(jìn)電機工作的步距角 s? 減小，也即：使控制精度增高，步進(jìn)電機在相數(shù)一定的情況下應(yīng)增加工作拍數(shù)。 步進(jìn)電機的頻率特性 對于反應(yīng)式步進(jìn)電機，在其繞組中通電的相序不同時，步進(jìn)電機的旋轉(zhuǎn)方向和步進(jìn)精度有所不同。步進(jìn)電機對繞組的通電頻率有一定的要求。如果通電頻率過高，超過步進(jìn)電機的最大步進(jìn)速度，就會產(chǎn)生失步。一般步進(jìn)電機的通電頻率，即起動頻率為 ?50步／秒到 2022步／秒。步進(jìn)電機的頻率特性曲線，是步進(jìn)電機的工作頻率及其對應(yīng)轉(zhuǎn)動力矩所作出的曲線，典型的步進(jìn)電機頻率特性曲線如圖 2所示。 步進(jìn)電機的頻率特性曲線和很多因素有關(guān)，這些因素包括步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子鐵心有效長、 .控制線路的電壓、齒數(shù)、齒形、齒槽比、步進(jìn)電機內(nèi)部的磁路、繞組的繞線方式、定轉(zhuǎn)子間的氣隙、轉(zhuǎn)動一個齒距所需的拍數(shù)等。在使用中會影響到步進(jìn)電機頻率特性而又能由用戶確定的因素有：控制拍數(shù)、控制線路的電壓、線路時間常數(shù)等。 下面分析這幾種因素對步進(jìn)電機頻率特性的影響。 (1)工作方式對頻率特性的影響 在步進(jìn)電機應(yīng)用中，它的工作方式是以一個齒距所用的拍數(shù)來表示的。拍數(shù)本質(zhì)上也就是轉(zhuǎn)動一個齒距所需的電源電壓換相次數(shù)，值得指出的是換相 是指對步進(jìn)電機各相繞組進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而電源電壓是單極性的固定的。一般而言反應(yīng)式電機拍數(shù)越多矩頻特性就越好。因此設(shè)計中應(yīng)選擇多拍的控制方式。 (2)線路時間常數(shù)對頻率特性的影響 步進(jìn)電機的每相繞組供電都是通過功率開關(guān)電路進(jìn)行的。步進(jìn)電機一相繞組的開關(guān)電路如圖 。其中 L為步進(jìn)電機繞組電感； RL為繞組電阻； Rc為晶體管 T的集電極電阻； D是續(xù)流二極管，它為繞組放電提供回路；晶體管 T是大功率開關(guān)管。 Rc也是個外接的功率電阻，它是一個消耗性負(fù)載，一一般為數(shù)歐姆。這時線路的時間常數(shù) Tj 為： ? ?/ LCTj L R R?? 公式 () 其中： L單位為亨， Rc、 RL單位為歐姆， Tj 單位為秒。 第 21 頁 圖 步進(jìn)電機一線繞組的開關(guān)回路 開關(guān)回路時間常數(shù) Tj 對注入電機繞組的電流達(dá)到穩(wěn)定值的時間有極大關(guān)系，它影響到步進(jìn)電機的工作頻率。并且有： Tj 越小，電流達(dá)穩(wěn)定時間小，相應(yīng)電機工作頻率高；反之， Tj 越大，電流達(dá)穩(wěn)定時間長，電機工作頻率低。 從式 ()可知：要減