機(jī)電一體化專(zhuān)科畢業(yè)論文--兩坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、前言1</b></p><p>　　二、總體方案設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1 總體分析2</p><p>　　2.2 方案框圖2</p><p>　　三、單元模塊設(shè)計(jì)3</

2、p><p>　　3.1 鍵盤(pán)與顯示模塊3</p><p>　　3.1.1 模塊工作原理3</p><p>　　3.1.2 芯片CH452介紹4</p><p>　　3.1.2.1 特點(diǎn)4</p><p>　　3.1.2.2 顯示驅(qū)動(dòng)原理5</p><p>　　3.2 單片機(jī)控制單元模塊電路

3、7</p><p>　　3.2.1 控制原理7</p><p>　　3.2.2 光電耦合電路8</p><p>　　3.2.3 芯片介紹9</p><p>　　3.3 串行通信模塊12</p><p>　　3.3.1 RS232通信協(xié)議12</p><p>　　3.3.2 串行通信電

4、路13</p><p>　　四、電機(jī)與電氣控制電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1 步進(jìn)電機(jī)模塊15</p><p>　　4.1.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理15</p><p>　　4.2.2 步進(jìn)電機(jī)的步距角與工作拍數(shù)17</p><p>　　4.3.3 步進(jìn)電機(jī)的頻率特性18</p>&l

5、t;p>　　4.2 交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制原理20</p><p>　　4.3 交流電機(jī)的星—三角形啟動(dòng)21</p><p>　　4.4 電氣元件介紹21</p><p>　　五、設(shè)計(jì)總結(jié)、致謝23</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)24</b></p><p>　　附錄Ⅰ：?jiǎn)纹?/p>

6、機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)25</p><p>　　附錄Ⅱ:電氣控制原理圖126</p><p>　　附錄Ⅲ:電氣控制原理圖227</p><p>　　機(jī)電一體化綜合課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是完成一兩坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)控制系統(tǒng)的

7、設(shè)計(jì)；完成交流電機(jī)啟停的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其硬件部分共包括鍵盤(pán)操作、單片機(jī)控制、輸入電路、控制電路、顯示電路等五個(gè)主要組成部分。設(shè)計(jì)的總體思路是準(zhǔn)確安全的對(duì)工作臺(tái)和電機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　位置信號(hào)和按鍵信息通過(guò)傳輸線傳送給單片機(jī)和鍵盤(pán)接口芯片，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，將按鍵信息串行方式傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)相應(yīng)的程序，向控制回路發(fā)送控制信號(hào)，進(jìn)而控制工作臺(tái)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的控制。</p>

8、<p>　　關(guān)鍵詞：鍵盤(pán)操作，單片機(jī)控制，數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　一、前言</b></p><p>　　機(jī)電一體化是以機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)為主題，多門(mén)技術(shù)學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合的產(chǎn)物，是正在發(fā)展和逐漸完善的一門(mén)新興的邊緣學(xué)科。機(jī)電一體化使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入

9、了以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中提到的微機(jī)數(shù)控機(jī)床是利用單板或單片微機(jī)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行數(shù)控及對(duì)機(jī)床輔助功能動(dòng)作進(jìn)行程序控制的一種自動(dòng)化機(jī)械加工設(shè)備。采用微機(jī)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地提高中、小批零件的加工生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量。此外，由于微型計(jì)算機(jī)具有價(jià)格低、體積小、性能可靠和使用靈活等特點(diǎn)，微機(jī)數(shù)控機(jī)床的一次性投資比全功能數(shù)控機(jī)床節(jié)省得多，且又便于一般工人掌握操

10、作和維修。因此將專(zhuān)用機(jī)床設(shè)計(jì)成微機(jī)數(shù)控機(jī)床已成為機(jī)床設(shè)計(jì)的發(fā)展方向之一。本設(shè)計(jì)中用到的步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的控制驅(qū)動(dòng)元件，具有快速起動(dòng)和停止的特點(diǎn)。其驅(qū)動(dòng)速度和指令脈沖能?chē)?yán)格同步，具有較高的重復(fù)定位精度，并能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和平滑速度調(diào)節(jié)。它的運(yùn)行速度和步距不受電源電壓波動(dòng)及負(fù)載的影響，因而被廣泛應(yīng)用于數(shù)模轉(zhuǎn)換、速度控制和位置控制系統(tǒng)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)完成了如下要求：</p

11、><p>　　（1）單片機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　（2）控制系統(tǒng)電路印制版的繪制</p><p>　?。?）利用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)系統(tǒng)的手動(dòng)、自動(dòng)和回位等運(yùn)動(dòng)</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)工作臺(tái)極限移動(dòng)的保護(hù)及顯示、報(bào)警</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)交流電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制和星-三角形啟

12、動(dòng)的電氣控制原理圖</p><p>　　（6）電氣控制電路有相應(yīng)的保護(hù)電路（過(guò)載、過(guò)壓、欠壓等）</p><p>　?。?）熟悉機(jī)電系統(tǒng)常用元器件（PLC、交流電機(jī)、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)）</p><p>　　此次 “機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)”主要簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)出數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，其實(shí)離實(shí)際真正工業(yè)用數(shù)控機(jī)床還有很大的距離。經(jīng)過(guò)小組討論，擬設(shè)計(jì)兩坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)控制系統(tǒng)和交

13、流電機(jī)啟停的電器控制系統(tǒng)，單元模塊包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路，鍵盤(pán)接口電路，鍵盤(pán)電路，顯示電路，輸入電路，控制電路，PC接口電路等。由于時(shí)間倉(cāng)促和自己知識(shí)水平有限，在設(shè)計(jì)中難免會(huì)有些許瑕疵，懇請(qǐng)老師指正。</p><p><b>　　二、總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1 總體分析</b></p><p>

14、　　本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是一兩座標(biāo)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，單片機(jī)的包括鍵盤(pán)與顯示的控制、與PC機(jī)的串口通訊、以及電機(jī)輸入輸入輸出信號(hào)的控制。電機(jī)的輸入信號(hào)包含報(bào)警監(jiān)測(cè)，在機(jī)床邊緣運(yùn)用一個(gè)接近開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)此目的。</p><p><b>　　2.2 方案框圖</b></p><p>　　單片機(jī)作為控制的核心，一方面對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方向和

15、位移量進(jìn)行控制，另外還將與鍵盤(pán)對(duì)應(yīng)的位移信息顯示在LED上，并實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通信以及對(duì)報(bào)警的處理。</p><p>　　圖2.1 總體方案設(shè)計(jì)圖</p><p><b>　　三、單元模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 鍵盤(pán)與顯示模塊</p><p>　　3.1.1 模塊工作原理</p><p

16、>　　本單元模塊電路的功能是通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程，使當(dāng)前按鍵信息在8個(gè)LED上顯示出來(lái)，由芯片CH452來(lái)對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描。</p><p>　　圖3.1所示為一來(lái)個(gè)八位LED動(dòng)態(tài)顯示電路。在同一時(shí)刻，如果各位位選線都處于選通狀態(tài)的話，8位LED將顯示相同的字符。若要各位LED能夠同時(shí)顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用動(dòng)態(tài)顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的

17、位選線則處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符段碼。這樣，在同一時(shí)刻，8位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而另一位則是熄滅的。同樣，在下一時(shí)刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時(shí)刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使兩位分別顯示出將要顯示的字符。</p><p>　　雖然這些字符是在不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而在同一時(shí)刻，只有一位

18、顯示，其他各位熄滅，但由于LED顯示器的余輝和人眼的視覺(jué)暫留作用，只要每位顯示間隔時(shí)間足夠短，則可以造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。</p><p>　　圖3.1 顯示單元模塊電路圖</p><p>　　鍵盤(pán)的掃描原理與數(shù)碼管的掃描顯示原理類(lèi)似，依次將矩陣鍵盤(pán)的某行或某列置一，再逐個(gè)判斷改行或該列上是否有信號(hào)為高，有則說(shuō)明兩座標(biāo)相交處的按鍵按下了。</p>&l

19、t;p>　　3.1.2 芯片CH452介紹</p><p>　　CH452是數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤(pán)掃描控制芯片。CH452 內(nèi)置時(shí)鐘振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)8 位數(shù)碼管或者64 位LED，具有BCD 譯碼、閃爍、移位、段位尋址、光柱譯碼等功能；同時(shí)還可以進(jìn)行64鍵的鍵盤(pán)掃描；CH452 通過(guò)可以級(jí)聯(lián)的4線串行接口或者2 線串行接口與單片機(jī)等交換數(shù)據(jù)；并且可以對(duì)單片機(jī)提供上電復(fù)位信號(hào)。</p>&l

20、t;p>　　圖3.2 CH452工作原理圖</p><p><b>　　3.1.3 特點(diǎn)</b></p><p><b>　?。?）顯示驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　內(nèi)置電流驅(qū)動(dòng)級(jí)，段電流不小于15mA，字電流不小于80mA。</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示掃描控制，直接驅(qū)動(dòng)8 位數(shù)碼管、

21、64 位發(fā)光管LED 或者64 級(jí)光柱。</p><p>　　可選數(shù)碼管的段與數(shù)據(jù)位相對(duì)應(yīng)的不譯碼方式或者BCD 譯碼方式。</p><p>　　BCD 譯碼支持一個(gè)自定義的BCD 碼，用于顯示一個(gè)特殊字符。</p><p>　　數(shù)碼管的字?jǐn)?shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)。</p><p>　　各數(shù)碼管的數(shù)字獨(dú)立閃爍控制，可選快慢兩種閃爍速度。

22、</p><p>　　任意段位尋址，獨(dú)立控制各個(gè)LED 或者各數(shù)碼管的各個(gè)段的亮與滅。</p><p>　　64 級(jí)光柱譯碼，通過(guò)64 個(gè)LED 組成的光柱顯示光柱值。</p><p>　　掃描極限控制，支持1 到8 個(gè)數(shù)碼管，只為有效數(shù)碼管分配掃描時(shí)間。</p><p>　　可以選擇字驅(qū)動(dòng)輸出極性，便于外部擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電壓和電流。</p&

23、gt;<p><b>　　（2）鍵盤(pán)控制</b></p><p>　　內(nèi)置64 鍵鍵盤(pán)控制器，基于8×8 矩陣鍵盤(pán)掃描。</p><p>　　內(nèi)置按鍵狀態(tài)輸入的下拉電阻，內(nèi)置去抖動(dòng)電路。</p><p>　　鍵盤(pán)中斷，可以選擇低電平有效輸出或者低電平脈沖輸出。</p><p>　　提供按鍵釋放標(biāo)志

24、位，可供查詢(xún)按鍵按下與釋放。</p><p>　　支持按鍵喚醒，處于低功耗節(jié)電狀態(tài)中的CH452 可以被部分按鍵喚醒。</p><p><b>　　3、外部接口</b></p><p>　　同一芯片，可選高速的4 線串行接口或者經(jīng)濟(jì)的2 線串行接口。</p><p>　　4 線串行接口：支持多個(gè)芯片級(jí)聯(lián)，時(shí)鐘速度從0 到

25、2MHz，兼容CH451 芯片。</p><p>　　4 線串行接口：DIN 和DCLK 信號(hào)線可以與其它接口電路共用，節(jié)約引腳。</p><p>　　2 線串行接口：支持兩個(gè)CH452 芯片并聯(lián)（由ADDR 引腳電平設(shè)定各自地址）。</p><p>　　2 線串行接口：時(shí)鐘速度從500Hz 到200KHz，兼容兩線I2C 總線，節(jié)約引腳。</p>&

26、lt;p>　　內(nèi)置上電復(fù)位，可以為單片機(jī)提供高電平有效和低電平有效復(fù)位輸出。</p><p><b>　　4、其它</b></p><p>　　內(nèi)置時(shí)鐘振蕩電路，不需要外部提供時(shí)鐘或者外接振蕩元器件，更抗干擾。</p><p>　　支持低功耗睡眠，節(jié)約電能，可以被按鍵喚醒或者被命令操作喚醒。</p><p>　　可

27、選兩種封裝：SOP28、DIP24S，引腳與CH451 芯片兼容。</p><p>　　經(jīng)過(guò)授權(quán)采用了1 項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，低成本，簡(jiǎn)便易用。</p><p>　　3.1.4顯示驅(qū)動(dòng)原理</p><p>　　CH452對(duì)數(shù)碼管和發(fā)光管采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)，順序?yàn)镈IG0 至DIG7，當(dāng)其中一個(gè)引腳吸入電流時(shí)，其它引腳則不吸入電流。CH452內(nèi)部具有電流驅(qū)動(dòng)級(jí)，可以直接驅(qū)動(dòng)0.

28、5英寸至1 英寸的共陰數(shù)碼管，段驅(qū)動(dòng)引腳SEG6～SEG0 分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的段G～段A，段驅(qū)動(dòng)引腳SEG7 對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)，字驅(qū)動(dòng)引腳DIG7～DIG0分別連接8 個(gè)數(shù)碼管的陰極；CH452 也可以連接8×8矩陣的發(fā)光二級(jí)管LED陣列或者64 個(gè)獨(dú)立發(fā)光管或者64級(jí)光柱；CH452可以改變字驅(qū)動(dòng)輸出極性以便直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)數(shù)碼管（不譯碼方式），或者通過(guò)外接反相驅(qū)動(dòng)器支持共陽(yáng)數(shù)碼管，或者外接大功率管支持大尺寸的數(shù)碼管。</

29、p><p>　　CH452支持掃描極限控制，并且只為有效數(shù)碼管分配掃描時(shí)間。當(dāng)掃描極限設(shè)定為1時(shí)，唯一的數(shù)碼管DIG0 將得到所有的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)間，從而等同于靜態(tài)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)掃描極限設(shè)定為8 時(shí)，8 個(gè)數(shù)碼管DIG7～DIG0各得到1/8的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)間；當(dāng)掃描極限設(shè)定為4 時(shí)，4個(gè)數(shù)碼管DIG3～DIG0 各得到1/4 的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)間，此時(shí)各數(shù)碼管的平均驅(qū)動(dòng)電流將比掃描極限為8時(shí)增加一倍，所以降低掃描極限可以提高數(shù)碼管的顯

30、示亮度。</p><p>　　CH452內(nèi)部具有8 個(gè)8 位的數(shù)據(jù)寄存器，用于保存8 個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)于CH452所驅(qū)動(dòng)的8個(gè)數(shù)碼管或者8 組每組8 個(gè)的發(fā)光二極管。CH452支持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器中的字?jǐn)?shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)，并且支持各數(shù)碼管的獨(dú)立閃爍控制，在字?jǐn)?shù)據(jù)左右移動(dòng)或者左右循環(huán)移動(dòng)的過(guò)程中，閃爍控制的屬性不會(huì)隨數(shù)據(jù)移動(dòng)。</p><p>　　CH452 支持任意段位尋址，可以用

31、于獨(dú)立控制64 個(gè)發(fā)光管LED 中的任意一個(gè)或者數(shù)碼管中的特定段（例如小數(shù)點(diǎn)），段位編址順序與鍵盤(pán)編址一致，編址從00H 到3FH。當(dāng)用“段位尋址置1”命令將某個(gè)地址的段位置1 后，該地址對(duì)應(yīng)的發(fā)光管LED 或者數(shù)碼管的段會(huì)點(diǎn)亮，該操作不影響任何其它LED 或者數(shù)碼管其它段的狀態(tài)。</p><p>　　CH452支持64級(jí)的光柱譯碼，用64 個(gè)發(fā)光管或者64級(jí)光柱表示65種狀態(tài)，加載新的光柱值后，編址小于指定光柱

32、值的發(fā)光管會(huì)點(diǎn)亮，而大于或者等于指定光柱值的發(fā)光管會(huì)熄滅。</p><p>　　CH452默認(rèn)情況下工作于不譯碼方式，此時(shí)8個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中字?jǐn)?shù)據(jù)的位7～位0分別對(duì)應(yīng)8 個(gè)數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)和段G～段A，對(duì)于發(fā)光二極管陣列，則每個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)位唯一地對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二級(jí)管。當(dāng)數(shù)據(jù)位為1時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)管的段或者發(fā)光管就會(huì)點(diǎn)亮；當(dāng)數(shù)據(jù)位為0 時(shí)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)管的段或者發(fā)光管就會(huì)熄滅。例如，第三個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的位0為1，所以對(duì)應(yīng)的

33、第三個(gè)數(shù)碼管的段A點(diǎn)亮。通過(guò)設(shè)定，CH452 還可以工作于BCD譯碼方式，該方式主要應(yīng)用于數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)只要給出二進(jìn)制數(shù)BCD 碼，由CH452 將其譯碼后直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)的字符。BCD 譯碼方式是指對(duì)數(shù)據(jù)寄存器中字?jǐn)?shù)據(jù)的位4～位0進(jìn)行BCD譯碼，控制段驅(qū)動(dòng)引腳SEG6～SEG0的輸出，對(duì)應(yīng)于數(shù)碼管的段G～段A，同時(shí)用字?jǐn)?shù)據(jù)的位7 控制段驅(qū)動(dòng)引腳SEG7 的輸出，對(duì)應(yīng)于數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)，字?jǐn)?shù)據(jù)的位6和位5不影響B(tài)CD譯碼。下表為

34、數(shù)據(jù)寄存器中字?jǐn)?shù)據(jù)的位4～位0 進(jìn)行BCD 譯碼后，所對(duì)應(yīng)的段G～段A 以及數(shù)碼管顯示的字符。參考下表，如果需要在數(shù)碼管上顯示字符0，只要置入數(shù)據(jù)0xx00000B 或者00H；需要顯示字符0.（0 帶小數(shù)點(diǎn)），只要置入數(shù)據(jù)</p><p>　　3.1.2.2 鍵盤(pán)掃描原理</p><p>　　CH452 的鍵盤(pán)掃描功能支持8×8 矩陣的64 鍵鍵盤(pán)。在鍵盤(pán)掃描期間，DIG7～D

35、IG0 引腳用于列掃描輸出，SEG7～SEG0 引腳都帶有內(nèi)部下拉電阻，用于行掃描輸入。當(dāng)啟用鍵盤(pán)掃描功能后，4線串行接口中的DOUT 引腳的功能由串行接口的數(shù)據(jù)輸出變?yōu)殒I盤(pán)中斷輸出以及按鍵數(shù)據(jù)輸出。</p><p>　　CH452 定期在顯示驅(qū)動(dòng)掃描過(guò)程中插入鍵盤(pán)掃描。在鍵盤(pán)掃描期間，DIG7～DIG0 引腳按照DIG0至DIG7 的順序依次輸出高電平，其余7個(gè)引腳輸出低電平；SEG7～SEG0引腳的輸出被禁止

36、，當(dāng)沒(méi)有鍵被按下時(shí)，SEG7～SEG0都被下拉為低電平；當(dāng)有鍵被按下時(shí)，例如連接DIG3與SEG4的鍵被按下，則當(dāng)DIG3輸出高電平時(shí)SEG4 檢測(cè)到高電平；為了防止因?yàn)榘存I抖動(dòng)或者外界干擾而產(chǎn)生誤碼，CH452實(shí)行兩次掃描，只有當(dāng)兩次鍵盤(pán)掃描的結(jié)果相同時(shí)，按鍵才會(huì)被確認(rèn)有效。如果CH452檢測(cè)到有效的按鍵，則記錄下該按鍵代碼，并通過(guò)4 線串行接口中的DOUT引腳或者2 線串行接口中的INT#引腳產(chǎn)生低電平有效的鍵盤(pán)中斷（當(dāng)INTM為1

37、 時(shí)輸出低電平脈沖中斷，參考5.5 節(jié)和5.6節(jié)中的說(shuō)明），此時(shí)單片機(jī)可以通過(guò)串行接口讀取按鍵代碼；在沒(méi)有檢測(cè)到新的有效按鍵之前，CH452 不再產(chǎn)生任何鍵盤(pán)中斷。CH452 不支持組合鍵，也就是說(shuō)，同一時(shí)刻，不能有兩個(gè)或者更多的鍵被按下；如果多個(gè)鍵同時(shí)按下，那么按鍵代碼較小的按鍵優(yōu)先。</p><p>　　CH452 所提供的按鍵代碼為7 位，位2～位0 是列掃描碼，位5～位3 是行掃描碼，位6 是狀態(tài)碼（鍵按

38、下為1，鍵釋放為0）。例如，連接DIG3 與SEG4 的鍵被按下，則按鍵代碼是1100011B 或者63H，鍵被釋放后，按鍵代碼通常是0100011B或者23H（也可能是其它值，但是肯定小于40H），其中，對(duì)應(yīng)DIG3的列掃描碼為011B，對(duì)應(yīng)SEG4的行掃描碼為100B。單片機(jī)可以在任何時(shí)候讀取按鍵代碼，但一般在CH452檢測(cè)到有效按鍵而產(chǎn)生鍵盤(pán)中斷時(shí)讀取按鍵代碼，此時(shí)按鍵代碼的位6總是1，另外，如果需要了解按鍵何時(shí)釋放，單片機(jī)可以通

39、過(guò)查詢(xún)方式定期讀取按鍵代碼，直到按鍵代碼的位6為0。</p><p>　　下表是在DIG7～DIG0 與SEG7～SEG0之間8×8 矩陣的順序編址，既是按鍵編址，也是數(shù)碼管段位、發(fā)光管LED 陣列以及光柱的編址。由于按鍵代碼是7位，鍵按下時(shí)位6總是1，所以當(dāng)鍵按下時(shí)，CH452 所提供的實(shí)際按鍵代碼是表中的按鍵編址加上40H，也就是說(shuō)，此時(shí)的按鍵代碼應(yīng)該在40H到7FH之間。</p>&

40、lt;p>　　表3.1 CH452按鍵編址</p><p>　　3.2 單片機(jī)控制單元模塊電路</p><p>　　3.2.1 控制原理</p><p>　　本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在整個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)中，CPU既是運(yùn)算處理中心，又是控制中心，是控制系統(tǒng)最關(guān)鍵的器件。本系統(tǒng)中選用與MCS-51系列完全兼容的AT89C52單片機(jī)，AT89C52可構(gòu)

41、成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。</p><p>　　89C52的P2口輸出的矩形脈沖信號(hào)直接控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，兩臺(tái)電機(jī)需4個(gè)控制信號(hào)，一根信號(hào)線備用。工作臺(tái)上行程開(kāi)關(guān)的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)光電隔離器件后送到單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與電機(jī)工作電路的隔離，起到了抗干擾和保護(hù)的作用，也有3個(gè)備用。工作臺(tái)工作時(shí)的指示燈則由P14-P17和T0、T1控制，分別用于提示操作人員工作臺(tái)是在

42、哪個(gè)坐標(biāo)上朝哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖3.2 單片機(jī)控制單元模塊電路</p><p>　　3.2.2 光電耦合電路</p><p>　　電機(jī)的那個(gè)輸入信號(hào)先經(jīng)光電耦合器后送至單片機(jī)處理，這是由于步進(jìn)電機(jī)的大功率、高電平會(huì)對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生較嚴(yán)重的干擾，不能直接把單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)直接連在步進(jìn)電機(jī)上，需要進(jìn)行強(qiáng)弱電隔離。在實(shí)際運(yùn)用中，對(duì)于強(qiáng)弱電隔離一般采用電子

43、開(kāi)關(guān)方法或光電隔離的方法，在這里我們采用光電隔離的方法，如圖3.3所示。光電耦合器件是把發(fā)光器件(如發(fā)光二極管)和光敏器件(如光敏三極管)集成在一起，通過(guò)光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電--光和光--電的轉(zhuǎn)換器件。</p><p>　　圖3.3 光電耦合電路</p><p>　　3.2.3 芯片介紹</p><p>　　設(shè)計(jì)所使用的單片機(jī)AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低

44、電壓，高性能COMS8位單片機(jī)，如圖3.5基本外圍電路圖所示。它片內(nèi)含有8k bytes的可反復(fù)檫寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256 bytes的隨機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，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AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。</p><p>　

45、　AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工川行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52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。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。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

46、件復(fù)位。</p><p>　　圖3.4 AT89C52基本外圍電路圖</p><p>　　AT89C52的內(nèi)部邏輯框圖如圖3.6所示，其管腳功能如下：</p><p><b>　　(1)電源引腳：</b></p><p>　　Vcc(40引腳)：接+5V電源。</p><p>　　Vss(20引腳

47、)：接地。</p><p><b>　　(2)時(shí)鐘引腳：</b></p><p>　　2個(gè)時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反向放大器構(gòu)成了一個(gè)晶體振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘控制信號(hào)。兩個(gè)引腳也可以外接獨(dú)立的晶體振蕩器。</p><p>　　XTAL1（19引腳）：接外部晶體的一個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是一個(gè)反向放大器的輸入端，這個(gè)反向

48、放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。</p><p>　　XTAL1（18引腳）：接外部晶體的另一端，在該引腳的內(nèi)部接至內(nèi)部反向放大器的輸出端。若采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)。</p><p>　　圖3.5 AT89C52的內(nèi)部邏輯框圖</p><p><b>　　(3)控制引腳：</b></p><p>　　此

49、類(lèi)引腳提供控制信號(hào)，有的引腳還有復(fù)用功能。</p><p>　　RST/VPD(9引腳)：RST（RESET）是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳上加上持續(xù)時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位工作。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為≤0.5V低電平。VPD為本引腳的第二功能，即備用電源輸入端。 </p><p>　　ALE/PROG（30引腳）：

50、ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作以后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號(hào)。PROG為本引腳的第二功能，為低電平有效。在對(duì)片內(nèi)EPROM型單片機(jī)編程寫(xiě)入，此引腳作為編程脈沖輸入端。</p><p>　　PSEN（29引腳）：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端，為低電平有效。在單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此

51、引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。</p><p>　　EA/VPP（31引腳）：EA功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端，為低電平有效。EA為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，反之則選擇片外程序存儲(chǔ)器。VPP為本引腳的第二功能。在對(duì)Flash閃速存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V或是+5V的編程允許電源。</p><p>　　(4)I/O口引腳：</p><

52、p>　　P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。</p><p>　　P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。</p><p>　　P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。</p><p>　　P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)

53、動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。除此之外，P3口還有第二功能，如表3.2所示：</p><p>　　表3.2 P3口的第二功能</p><p>　　3.3 串行通信模塊</p><p>　　串行通信有很多種，目前較常用的有RS232、RS422和RS485，根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，RS232串行通信可以滿(mǎn)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MAX2

54、32芯片。</p><p>　　3.3.1 RS232通信協(xié)議</p><p>　?。?）RS-232C標(biāo)準(zhǔn)介紹</p><p>　　串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)中，RS-232C是目前最常用的一種串行通信接口。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的全稱(chēng)是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信的連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能以及傳輸過(guò)程都進(jìn)行了明確的規(guī)定，適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0-20k

55、b/s范圍內(nèi)的通信。</p><p>　　RS-232C的推薦最大電纜長(zhǎng)度為15m，實(shí)際通信中可以以降低通信速率為代價(jià)適當(dāng)延長(zhǎng)通信距離。如果要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的傳輸（數(shù)百米），需要使用專(zhuān)門(mén)的長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器來(lái)延長(zhǎng)RS-232C的通信距離。</p><p>　?。?）RS232C中的引腳定義和電氣特性</p><p>　　RS-232C中定義了20根信號(hào)線，使用25芯D型連接器D

56、B25實(shí)現(xiàn)，后來(lái)為了簡(jiǎn)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(hào)說(shuō)明分別如圖3.6和表3.3所示。</p><p>　　圖3.6 DB9連接器引腳定義</p><p>　　表3.3 DB9連接器信號(hào)說(shuō)明</p><p>　　RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性參數(shù)有帶3-7KΩ時(shí)驅(qū)動(dòng)器的輸出電平、輸出開(kāi)路時(shí)接受器的輸出邏輯、輸入經(jīng)300Ω接地時(shí)接收

57、器的輸出邏輯和驅(qū)動(dòng)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，RS-232C的邏輯電平以公共地為對(duì)稱(chēng)，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(hào)，最少使用3根線即可實(shí)現(xiàn)正常的串口

58、通信。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和上位機(jī)之間電平的轉(zhuǎn)換，而且該芯片本身對(duì)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。</p><p>　　3.3.2 串行通信電路</p><p>　　RS-232C接口電路包括RS-232C接口電平轉(zhuǎn)換部分和RS-232C總線連接部分。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換用MAX

59、232芯片實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)的TXD、RXD分別連到MAX232的T2in、R1out端。在RS-232C的總線連接上采用最簡(jiǎn)單的三線連接模式，即連接DB9的TXD、RXD和GND三端。</p><p>　　圖3.7 RS-232C接口電路</p><p>　　四、電機(jī)與電氣控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 步進(jìn)電機(jī)模塊</p><p>　

60、　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)，它的運(yùn)行需要專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)電源的輸出受外部的脈沖信號(hào)控制。每一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，這個(gè)角度稱(chēng)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(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度，改變繞組的通電順序可以改變電機(jī)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(dòng)電動(dòng)機(jī)，也可以用作伺服電動(dòng)機(jī)。它在工業(yè)過(guò)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(chǎng)合應(yīng)用更為

61、廣泛。</p><p>　　圖4.1 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理圖</p><p>　　4.1.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是機(jī)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(chǎng)合。</p><p>　　一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(lái)驅(qū)動(dòng)。若每旋轉(zhuǎn)一圈

62、以200 個(gè)勵(lì)磁信號(hào)來(lái)計(jì)算，則每個(gè)勵(lì)磁信號(hào)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(lái)控制。二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式可分為全部勵(lì)磁及半步勵(lì)磁，其中全步勵(lì)磁又有1相勵(lì)磁及2 相勵(lì)磁之分，而半步勵(lì)磁又稱(chēng)1-2 相勵(lì)磁。圖為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制等效電路，適應(yīng)控制A、B、/A、/B 的勵(lì)磁信號(hào)，即可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。每輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號(hào)，即可步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。</p>

63、<p><b>　　分述如下：</b></p><p>　　A、1 相勵(lì)磁法：在每一瞬間只有一個(gè)線圈導(dǎo)通。消耗電力小，精確度良好，但轉(zhuǎn)矩小，振動(dòng)較大，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走1.8 度。若欲以1 相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如圖所示。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　B、2 相勵(lì)磁法：在每一瞬間會(huì)有二個(gè)線圈同時(shí)導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)矩

64、大，振動(dòng)小，故為目前用最多的勵(lì)磁方式，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走1.8 度。若以2 相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如圖所示。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　C、1-2 相勵(lì)磁法：為1 相與2 相輪流交替導(dǎo)通。因分辨率提高，且運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走0.9 度，故亦廣泛被采用。若以1 相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如圖所示。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。勵(lì)磁順序： A

65、→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A</p><p>　　3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即不再運(yùn)轉(zhuǎn)。所以在每走一步后，程序必須延時(shí)一段時(shí)間。 下面介紹的是國(guó)產(chǎn)20BY-0型步進(jìn)電機(jī)，它使用+5V直流電源，步距角為18度。電機(jī)線圈由四相組成，即A、B、C、D四相，驅(qū)動(dòng)方式為二相激磁方式，電機(jī)示意圖和各線圈通電順序如圖4.2和表4.1所示：</

66、p><p>　　圖4.2 步進(jìn)電機(jī)原理圖</p><p>　　表4.1 線圈通電順序</p><p>　　相順序從0到1稱(chēng)為一步，電機(jī)軸將轉(zhuǎn)過(guò)18度，01234則稱(chēng)為通電一周，轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過(guò)72度，若循環(huán)進(jìn)行這種通電一周的操作，電機(jī)便連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，而進(jìn)行相反的通電順序如4321將使電機(jī)同速反轉(zhuǎn)。通電一周的周期越短，即驅(qū)動(dòng)頻率越高，則電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也不可

67、能太快，因?yàn)樗孔咭徊叫枰欢ǖ臅r(shí)間，若信號(hào)頻率過(guò)高，可能導(dǎo)致電機(jī)失步，甚至只在原步顫動(dòng)。</p><p>　　4.2.2 步進(jìn)電機(jī)的步距角與工作拍數(shù)</p><p>　　對(duì)于一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，如果它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為，它的齒距角為：=2Π/，而步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行k拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距位置。實(shí)際上步進(jìn)電機(jī)每一拍就執(zhí)行一次步進(jìn)，所以步進(jìn)電機(jī)的步距角可以表示如下：</p><p>

68、<b>　　公式（4.1）</b></p><p>　　或 公式（4.2）</p><p>　　其中：k是步進(jìn)電機(jī)工作拍數(shù)，Nr是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。</p><p>　　例如：對(duì)于三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)而言，工作方式有三拍和六拍之分。三拍就是在轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距時(shí)

69、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(4.2)可知：為了使步進(jìn)電機(jī)工作的步距角減小，也即：使控制精度增高，步進(jìn)電機(jī)在相數(shù)一定的情況下應(yīng)增加工作拍數(shù)。</p><p>　　4.3.3 步進(jìn)電機(jī)的頻率特性</p><p>　　對(duì)于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，在其繞組中通電的相序不同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和步進(jìn)精度有所不同。步進(jìn)電機(jī)對(duì)繞組的通電頻率有一定的要求。如果通電頻

70、率過(guò)高，超過(guò)步進(jìn)電機(jī)的最大步進(jìn)速度，就會(huì)產(chǎn)生失步。一般步進(jìn)電機(jī)的通電頻率，即起動(dòng)頻率為 ?50步／秒到2000步／秒。步進(jìn)電機(jī)的頻率特性曲線，是步進(jìn)電機(jī)的工作頻率及其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩所作出的曲線，典型的步進(jìn)電機(jī)頻率特性曲線如圖2所示。步進(jìn)電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子鐵心有效長(zhǎng)、.控制線路的電壓、齒數(shù)、齒形、齒槽比、步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的磁路、繞組的繞線方式、定轉(zhuǎn)子間的氣隙、轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距所需的拍數(shù)等。在使用中

71、會(huì)影響到步進(jìn)電機(jī)頻率特性而又能由用戶(hù)確定的因素有：控制拍數(shù)、控制線路的電壓、線路時(shí)間常數(shù)等。</p><p>　　下面分析這幾種因素對(duì)步進(jìn)電機(jī)頻率特性的影響。</p><p>　　(1)工作方式對(duì)頻率特性的影響</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用中，它的工作方式是以一個(gè)齒距所用的拍數(shù)來(lái)表示的。拍數(shù)本質(zhì)上也就是轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(duì)

72、步進(jìn)電機(jī)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(jī)拍數(shù)越多矩頻特性就越好。因此設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇多拍的控制方式。</p><p>　　(2)線路時(shí)間常數(shù)對(duì)頻率特性的影響</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的每相繞組供電都是通過(guò)功率開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行的。步進(jìn)電機(jī)一相繞組的開(kāi)關(guān)電路如圖3.2所示。其中L為步進(jìn)電機(jī)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

73、放電提供回路；晶體管T是大功率開(kāi)關(guān)管。Rc也是個(gè)外接的功率電阻，它是一個(gè)消耗性負(fù)載，一一般為數(shù)歐姆。這時(shí)線路的時(shí)間常數(shù) 為：</p><p><b>　　公式(4.3)</b></p><p>　　其中：L單位為亨，Rc、RL單位為歐姆，單位為秒。</p><p>　　圖4.3 步進(jìn)電機(jī)一線繞組的開(kāi)關(guān)回路</p><p>

74、;　　開(kāi)關(guān)回路時(shí)間常數(shù)對(duì)注入電機(jī)繞組的電流達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間有極大關(guān)系，它影響到步進(jìn)電機(jī)的工作頻率。并且有：越小，電流達(dá)穩(wěn)定時(shí)間小，相應(yīng)電機(jī)工作頻率高；反之，越大，電流達(dá)穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，電機(jī)工作頻率低。</p><p>　　從式(4.3)可知：要減少，可以采用增大Rc的辦法。但是，增大Rc時(shí)，又會(huì)使穩(wěn)態(tài)電流值減小，從而影響電機(jī)的力矩。為了減少 ，而不使穩(wěn)態(tài)電流減小，可采用在增大Rc的同時(shí)，也提高供電電壓的辦法。<

75、/p><p>　　在高頻應(yīng)用中，要盡量減小 以改善步進(jìn)的特性，所以常在開(kāi)關(guān)回路中采用較大的Rc，同時(shí)也提高回路的電源電壓U。但這樣也會(huì)使效率降低，在低頻段工作時(shí)也會(huì)使步進(jìn)電機(jī)的振蕩加劇。在實(shí)際中，可根據(jù)客觀情況來(lái)考察選擇恰當(dāng)?shù)耐獠侩娮鑂c，使步進(jìn)電機(jī)處于合適的工作頻率狀態(tài)。</p><p>　　(3)開(kāi)關(guān)回路電壓對(duì)頻率的影響</p><p>　　在一般應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)電路的

76、脈寬和流人繞組的電流的最大值，必定會(huì)隨開(kāi)關(guān)電路換相頻率的提高而相應(yīng)減小。開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的控制電壓是以矩形波方式加在繞組上的。隨著換相頻率的提高，矩形脈沖電壓波頻率相應(yīng)提高，這樣，矩形脈沖電壓的寬度和周期也就會(huì)變小，當(dāng)矩形脈沖電壓窄到一定程度，流入電機(jī)繞組的電流就無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定值I ，步進(jìn)電機(jī)就難以步進(jìn)工作了。為了保證在矩形脈沖電壓相當(dāng)窄時(shí)，也即頻率足夠高時(shí)，步進(jìn)電機(jī)仍能正常步進(jìn)工作，可以提高開(kāi)關(guān)回路的電壓。</p><p

77、>　　開(kāi)關(guān)回路加到繞組的是矩形脈沖電壓，故電流也是脈沖。在步進(jìn)電機(jī)中要設(shè)法增大起動(dòng)電流，以提高步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，即提高其工作頻率。由于步進(jìn)電機(jī)是感性負(fù)載，所以進(jìn)入繞組的電流脈沖是以指數(shù)形式上升，即這時(shí)電流脈沖i為：</p><p><b>　　公式(4.4)</b></p><p>　　其中：i是電流脈沖瞬時(shí)值；</p><p>　　是在

78、開(kāi)關(guān)回路電壓為u時(shí)的電流穩(wěn)態(tài)值；</p><p>　　是開(kāi)關(guān)回路的時(shí)間常數(shù)，</p><p>　　綜上所述，本設(shè)計(jì)選用三相步進(jìn)反應(yīng)式電機(jī)，采用運(yùn)行中根據(jù)工作頻率對(duì)電源電壓升壓補(bǔ)償?shù)目刂品椒ā?lt;/p><p>　　4.2 交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制原理</p><p>　　在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，常要求用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制方向相反的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，如小車(chē)的左行

79、、右行；機(jī)械手的上升、下降等。</p><p>　　本設(shè)計(jì)對(duì)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制的電氣原理圖如下所示：</p><p>　　圖4.4 交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的電氣原理圖</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，只要把三相線當(dāng)中的任意兩相調(diào)換一下位置就可以了。如圖4.4所示：假如接觸器KM1閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，則當(dāng)接觸器KM1斷開(kāi)，接觸器KM2閉合時(shí)

80、，電動(dòng)機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。從圖中我們可以看出：要改變?nèi)嘟涣麟姍C(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，只需要任意交換其中兩相就可以達(dá)到目的。圖中各元器件的作用如表所示： </p><p>　　表4.2 元器件作用列表</p><p>　　4.3 交流電機(jī)的星—三角形啟動(dòng)</p><p>　　對(duì)于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接成三角形的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)，為

81、了保護(hù)電動(dòng)機(jī)，一般采用Y/△降壓?jiǎn)?dòng)方法來(lái)達(dá)到限制啟動(dòng)電流的目的。Y/△降壓?jiǎn)?dòng)的原理如圖1所示：在啟動(dòng)過(guò)程中將電動(dòng)機(jī)定子繞組接成星形，即接觸器KMY閉合。此時(shí)電動(dòng)機(jī)每相繞組承受的電壓為額定電壓的，啟動(dòng)電流為三角形接法時(shí)啟動(dòng)電流的1/3。接觸器KMY閉合的同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，定時(shí)時(shí)間到，接觸器KMY斷開(kāi)，接觸器KM△閉合。電動(dòng)機(jī)繞組為三角形接法，進(jìn)入正常運(yùn)行階段。</p><p>　　控制電路要有自鎖、互鎖、定時(shí)

82、等常用電路，要求合上啟動(dòng)（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）按鈕后，電機(jī)先作星型連接啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)6秒后自動(dòng)換接到三角形連接運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止，電機(jī)停轉(zhuǎn)。按下反轉(zhuǎn)按鈕后，進(jìn)行反轉(zhuǎn)的Y/△啟動(dòng)。要求正反轉(zhuǎn)互鎖、Y/△互鎖。</p><p>　　4.4 電氣元件介紹</p><p><b>　?、?繼電器</b></p><p>　　繼電器是根據(jù)某種輸入信號(hào)來(lái)接通或斷開(kāi)小電流

83、控制電路，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和保護(hù)的自動(dòng)控制電器。其輸入量可以是電流、電壓等電量。也可以的溫度、時(shí)間、速度、壓力等非電量，而輸出則是觸頭的動(dòng)作或者是電路參數(shù)的變化。</p><p>　　繼電器的種類(lèi)很多,按輸入信號(hào)的性質(zhì)分為：電壓繼電器、電流繼電器、時(shí)間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器、壓力繼電器等。按工作原理分為：電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動(dòng)式繼電器、熱繼電器、電子式繼電器等。按輸出形式分為：有觸點(diǎn)和無(wú)觸點(diǎn)兩類(lèi)。

84、本設(shè)計(jì)主要用電磁繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器等。</p><p><b>　?、?接觸器</b></p><p>　　接觸器是用來(lái)接通或分?jǐn)嚯妱?dòng)機(jī)主電路或其他負(fù)載電路的控制電器。用它可以實(shí)現(xiàn)頻繁的遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制，接觸器最主要的用途是控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速等。因此它是電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中最重要的控制電器之一。它具有低電壓釋放保護(hù)功能。它具有比工作電流大數(shù)倍乃至

85、十幾倍的接通和分?jǐn)嗄芰Γ荒芊謹(jǐn)喽搪冯娏?。它是一種執(zhí)行電器，即使在先進(jìn)是可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)中.它一般也不能被取代。</p><p>　　接觸器種類(lèi)很多，按驅(qū)動(dòng)力不同分為電磁式、氣動(dòng)式、和液壓式，以電磁式應(yīng)用最廣泛。</p><p><b>　?、?熔斷器</b></p><p>　　熔斷器基于電流熱效應(yīng)原理和發(fā)熱元件熱熔斷原理設(shè)計(jì)，具有一定

86、的瞬動(dòng)特性，用于電路的短路保護(hù)和嚴(yán)重過(guò)載保護(hù)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用維護(hù)方便、分?jǐn)嗄芰^高、限流性能良好等特點(diǎn)，以?xún)?nèi)功用十分廣泛。</p><p>　　熔斷器在結(jié)構(gòu)上主要由熔斷管(或蓋、或座) 、熔體及導(dǎo)電部件等部分組成。其中熔體是主要部分，它既是感測(cè)元件又是執(zhí)行元件。熔斷管的作用是便于安裝熔體和有利于熔體熔斷時(shí)熄滅電弧。</p><p><b>　?、?行程開(kāi)關(guān)</

87、b></p><p>　　行程開(kāi)光又稱(chēng)限位開(kāi)關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械某些運(yùn)動(dòng)部件的碰撞來(lái)發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方向、速度、行程大小或位置的一種自動(dòng)控制器件。</p><p>　　行程開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)機(jī)床、起重機(jī)械以及輕工機(jī)械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)到某一預(yù)定位置時(shí)，行程開(kāi)關(guān)通過(guò)機(jī)械可動(dòng)部分的動(dòng)作，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的控制，限制它們的動(dòng)作

88、和位置，借此對(duì)生產(chǎn)機(jī)械給以必要的保護(hù)。</p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)總結(jié)、致謝</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是我所做的最綜合的一個(gè)題目，它跨越了機(jī)械和電氣兩大領(lǐng)域。在做設(shè)計(jì)時(shí)，我們第一步是按照設(shè)計(jì)要求來(lái)確定該題目可能需要的元器件，再慢慢根據(jù)個(gè)電子元件的功能及題目的要求一一進(jìn)行篩選，最終確定用那些元件。第二步是設(shè)計(jì)方案并確定。最開(kāi)始我們選擇了兩個(gè)方案

89、，但經(jīng)過(guò)方案的比較及論證后去掉不合理的一個(gè)，最終用那個(gè)最好的方案來(lái)設(shè)計(jì)。方案確定后便開(kāi)始設(shè)計(jì)實(shí)際電路，我們是在Protel 99 SE軟件上設(shè)計(jì)原理圖的，實(shí)際電路圖設(shè)計(jì)好之后，便開(kāi)始寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)是我又一次親自動(dòng)手設(shè)計(jì)東西，收獲很多，體會(huì)也很深刻。在這次設(shè)計(jì)中我也學(xué)會(huì)了很多新的東西，例如Protel 99 SE軟件使用、WORD軟件的一些細(xì)節(jié)地方的應(yīng)用、以及一些常用的文本處理方法。

90、當(dāng)然最重要的是學(xué)到了基于單片機(jī)的機(jī)床設(shè)計(jì)的一些基本方法，同時(shí)也加深了對(duì)一些常用的電子元件的理解及其基本用法的掌握，比如單片機(jī)AT89S52、通訊接口芯片MAX232、鍵盤(pán)掃描顯示芯片CH452等元器件，除了這些具體的東西，我覺(jué)得在這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)到的另外的更重要東西是一種精神，一種同學(xué)與同學(xué)之間的團(tuán)隊(duì)與合作精神，很多時(shí)候一個(gè)人的力量是有限的，一個(gè)人不可能什么都會(huì)，我覺(jué)得人與人之間的相互幫助很有必要，這樣不僅能幫助大家很快的解決問(wèn)題，還

91、能提高我們每個(gè)人的實(shí)際水平，也培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，這些能力對(duì)于我們今后的學(xué)習(xí)和工作都很有幫助。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我深刻的感到了理論和實(shí)踐之間的巨大差距極其之間的聯(lián)系。平時(shí)理論知識(shí)學(xué)的很好，但是在課程設(shè)計(jì)中并不能得心應(yīng)手，會(huì)遇到很多不會(huì)的操作，這就需要加強(qiáng)實(shí)踐能力，一個(gè)同學(xué)的知識(shí)變成多個(gè)同學(xué)的知識(shí)，多個(gè)同學(xué)的知識(shí)變成一個(gè)同學(xué)的知識(shí)，這樣才能相互促進(jìn)、相互提高。另外，理論與實(shí)踐也存著必然的聯(lián)

92、系，在指導(dǎo)老師的幫助下才能使課程設(shè)計(jì)最終成功。</p><p>　　在此特別感謝我的指導(dǎo)老師*老師，感謝**大學(xué)給我們提供這次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)和器材，同時(shí)要感謝我班的幾位同學(xué)，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹笇?dǎo)和幫助，我的設(shè)計(jì)才能進(jìn)行和順利結(jié)束。</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】爾桂花. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 清華大學(xué)出版社

93、 2002</p><p>　　【2】張宏建，蒙建波.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與裝置 化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　【3】潘永雄. 電子線路CAD實(shí)用教程. 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　【4】黃惟公 單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù) 西安電子科大出版社 2007</p><p>　　【5】張毅剛 MCS—51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 哈爾濱

94、工業(yè)大學(xué)大學(xué)出版社</p><p>　　【6】張萬(wàn)忠 電器與PLC控制技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社2004</p><p>　　【7】鄧星鐘 機(jī)電傳動(dòng)控制 華中理工大學(xué)出版社</p><p>　　附錄Ⅰ：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)</p><p>　　附錄Ⅱ:電氣控制原理圖1</p><p>　　附錄Ⅲ:電氣控制原理