單片機控制伺服電機設(shè)計說明書

1、課程設(shè)計說明書題目：基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計課程：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，它廣泛用于打印機、電動玩具等消費類產(chǎn)品以及數(shù)控機床、工業(yè)機器人、醫(yī)療器械等機電產(chǎn)品中，其在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。研究步進電機的控制系統(tǒng)，對提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。步進電機是一種能將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件，步進電機控制系統(tǒng)主要由步進控制器，功率放大器及步進電機等組成。采用單片機控制，用軟件代替上述步進控制器，使得線路簡單，成本低，可靠性大大增加。軟件編程可靈活產(chǎn)生不同類型步進電機勵磁序列來控制各種步進電機的運行方式

2、。本設(shè)計是采用AT89C51單片機對步進電機的控制，通過IO口輸出的時序方波作為步進電機的控制信號，信號經(jīng)過芯片AT6560AHQS區(qū)動步進電機；同時，用4個按鍵來對電機的狀態(tài)進行控制，并用數(shù)碼管動態(tài)顯示電機的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)由硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分組成。其中,硬件設(shè)計包括AT89C51單片機的最小系統(tǒng)、電源模塊、鍵盤控制模塊、步進電機驅(qū)動模塊、數(shù)碼顯示模塊、測速模塊含霍爾片UGN30206個功能模塊的設(shè)計，以及各模塊在電路板上的有機結(jié)合而實現(xiàn)。軟件設(shè)計包括鍵盤控制、步進電機脈沖、數(shù)碼管動態(tài)顯示以及轉(zhuǎn)速信號采集模塊的控制程序，最終實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)動速度的控制，并將步進電機的轉(zhuǎn)動速度動態(tài)顯

3、示在LED數(shù)碼管上，對速度進行實時監(jiān)控顯示。軟件采用在Keil軟件環(huán)境下編輯的C語言。本系統(tǒng)具有智能性、實用性及可靠性的特點。關(guān)鍵詞：步進電機，單片機，電脈沖信號，角位移，轉(zhuǎn)速控制，方向控制ABSTRACTWiththedevelopmentofmicroelectronicsandcomputertechnology,increasingdemandforsteppermotor,whichiswidelyusedinprinters,electronictoysandconsumerproductssuchasCNCmachinetools,industrialrobots,medical

4、equipmentandelectricalproducts,anditsvariousnationalfieldsareapplied.Ofsteppermotorcontrolsystemtoimprovethecontrolaccuracyandresponsespeed,energyconservationandsoimportant.Steppermotorisanelectricpulsesignalscanconverttheangulardisplacementorlineardisplacementofthemechanicalandelectricalcomponents,

5、steppermotorcontrolsystemconsistsofsteppercontroller,steppermotorpoweramplifierandsoon.UseMCUcontrol,thesteppercontrollerinsteadofusingsoftwaretomakesimplecircuit,lowcost,reliabilitygreatlyincreased.Softwareprogrammingflexibilitytoproducedifferenttypesofsteppingmotorexcitationsequencetocontroltheope

6、rationofthevarioussteppermotormodeThisdesignisusedAT89C51ofSteppingmotorcontrol,throughtheIOportasasquarewaveoutputofthetimingofstepmotorcontrolsignal,thesignalthroughtheULN2003driverchipsteppermotor;thesametime,withfourbuttonstothestatusofthemotorcontrol,anddynamicdisplaywithdigitalcontrolmotorspee

7、d.Systemconsistsofhardwareandsoftwaredesignoftwoparts.Amongthem,thehardwaredesign,includingminimumsystemAT89C51microcontroller,powersupplymodule,keyboardcontrolmodule,steppermotordrivemodule,digitaldisplaymodule,speedmodulessixfunctionmodules,andeachmoduleinthecircuitboardtoachievetheorganiccombinat

8、ion.Softwaredesign,includingkeyboardcontrol,steppingmotorpulse,thedigitaldynamicdisplayandspeedsignalacquisitionmodule,controlprocedures,andultimatelytothesteppermotorrotationdirectionandrotationspeedcontrolofsteppermotorrotationspeedanddynamicdisplayintheLEDdigitaltube,real-timemonitoringofthespeed

9、display.SoftwareusedinthesoftwareenvironmenttoeditKeilClanguage.Thissystemhastheintelligence,practicalityandreliabilityfeatures.KeyWords：Steppingmotor,MCUPulseSignal,Angulardisplacement,Speedcontrol,Directioncontrol緒論1背景1 TOC o 1-5 h z 設(shè)計任務(wù)及要求1總體方案設(shè)計2方案設(shè)計2芯片選擇2CPU的芯片選擇2驅(qū)動電路的芯片選擇3 HYPERLINK l bookmar

10、k55 o Current Document 測試電路的芯片選擇5系統(tǒng)硬件設(shè)計6電機驅(qū)動電路6 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 測試及顯示電路7CS3020霍爾傳感器測試電路7 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document LED數(shù)碼顯示管8電源9 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 兩相步進電機9 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 鍵盤控制系統(tǒng)9控制系統(tǒng)軟件分析與設(shè)計10主程序流程圖10讀鍵盤子程序流程圖1

11、0鍵盤處理子程序流程圖11電機控制中斷程序流程圖12程序設(shè)計平臺13源程序清單145PCB板設(shè)計19設(shè)計原則19布局操作的基本原則19布線原則19PCBW設(shè)計方案：20PCBW各電器元彳的布局216設(shè)計體會22致23參考文獻24附錄25A元件清單25B電路PCB圖26C電路原理圖261緒論背景當今社會,電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔?。步進電機是最常見的一種控制電機,在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。步進電機作為執(zhí)行元件,是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展,步進電機的需求量與日俱增,在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進電機是一種將電脈

12、沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機,其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制方便。尤其是步距值不受電壓、溫度的變化的影響、誤差不會長期積累的特點,給實際的應(yīng)用帶來了很大的方便。它廣泛用于消費類產(chǎn)品打印機、照相機、雕刻機、工業(yè)控制數(shù)控機床、工業(yè)機器人、醫(yī)療器械等機電產(chǎn)品中。研究步進電機的控制和測量方法,對提高控制精度和響應(yīng)速度、

13、節(jié)約能源等都具有重要意義。控制核心采用C51芯片,它以其獨特的低成本,小體積廣受歡迎,當然其易編程也是不可多得的優(yōu)點為此,本文設(shè)計了一個單片機控制步進電機的控制系統(tǒng),可以實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向的高效控制。設(shè)計任務(wù)及要求本設(shè)計的目的是以單片機為核心設(shè)計出一個單片機控制步進電機的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用AT89C51作為控制單元,通過鍵盤實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)動速度的控制,并且將步進電機的轉(zhuǎn)動速度動態(tài)顯示在LED數(shù)碼管上。設(shè)計的步進電機控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：步進電機的啟?？刂?步進電機的正反轉(zhuǎn)控制步進電機的加速控制步進電機的減速控制步進電機轉(zhuǎn)速的動態(tài)顯示2總體方案設(shè)計方案設(shè)計按鈕輸入控

14、制圖1總體設(shè)計框圖用傳感器感受速度變化后，經(jīng)由單片機傳送到顯示系統(tǒng)，輸出轉(zhuǎn)速。單片機輸出控制信號，控制驅(qū)動電路使得步進電機轉(zhuǎn)動。按鈕輸入控制動態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。24V電壓為系統(tǒng)供電。本文設(shè)計了一個單片機控制步進電機的控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向的高效控制。利用單片機輸出時鐘信號和控制信號，經(jīng)過驅(qū)動芯片后供給步進電機A相和B相的電流進行了不同程度的衰減，實現(xiàn)細分驅(qū)動。電機轉(zhuǎn)軸上有磁力片與霍爾傳感器接近?；魻杺鞲衅靼汛艌鲎兓D(zhuǎn)變?yōu)殡妷好}沖變化。經(jīng)單片機處理后輸出到數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速。芯片選擇CPU的芯片選擇AT89C51單片機的優(yōu)點考慮到經(jīng)濟和可靠性的要求，本設(shè)計中采用AT89C51單片機

15、，它宏晶科技設(shè)計生產(chǎn)的單時鐘/機器周期1T的單片機。是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍，速度快,1個時鐘/機器周期，可用低頻率晶振。輸入輸出口多，最多有40個I/O。它以其獨特的低成本，小體積廣受歡迎，當然其易編程也是不可多得的優(yōu)點。AT89C51單片機參數(shù)及特性AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片含4kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器和Flas

16、h存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。工作電壓：5.5V3.8V/3.3VFlash程序存儲器字節(jié)：4K定時器T0、T1:有中斷優(yōu)先級：2AT89C51單片機的引腳功能AT89C51單片機的40引腳配置圖:PKK翡空II羈肘nririiniriririirinnnnnrinnnJ40J9軸托354QS3g總105LU1229152614152616251724132519222021Vfic3ID.D/AEO3PO.L/ADlTO.之以口之PO.3口口3PO.47g4FD.5以口51P0.G/1DS3FQ-MADTEl/VPPALE/FW3FESR3F2.AIS：F2TA

17、i43F2.S/A13：F2.4/112P2,san3F2.2/A103F2.A93】2oae4圖2PDIP封裝的AT89C5刊唧圖AT89C51為8位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51核，在部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC部寄存器、數(shù)據(jù)RA/外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL119腳和XTAL218腳為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd9腳為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC40腳和VSS20腳為供電端口，

18、分別接+5V電源的正負端。P0P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中,P0端口3239腳被定義為N1功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接,13腳定義為IR輸入端,10腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS18腳和SCLS19腳端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU的相應(yīng)功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能1。2.2.2驅(qū)動電路的芯片選擇1TB6560AHQTB6560AHQ勺選用TB6560AH德東芝20XX主推的步進電機驅(qū)動芯片TB6560AFG&國應(yīng)用較少，芯片集成度高、外圍電路簡單、可靠f高，適

19、于驅(qū)動57電機和部分86步進電機，最大細分時的轉(zhuǎn)速圍從0rpm至ij300rpm,可大大降低步進電機驅(qū)動器的成本。TB6560AHQ勺優(yōu)勢1電機振動小噪音低：因為芯片自帶2、8、16細分可選，足夠滿足每分鐘0轉(zhuǎn)到幾百轉(zhuǎn)的應(yīng)用要求。2直插式驅(qū)動器散熱容易：芯片背面的金屬散熱片足以獨立支持小電流驅(qū)動的散熱要求；如需要驅(qū)動電流大于1.5A,則只需適當擴展散熱面積就能滿足要求。3支持各種步進電機選型：客戶可選擇力矩稍大的混合式或永磁式步進電機，使電機工作在允許最大轉(zhuǎn)矩的百分之30至50之間,電機成本幾乎不變；TB6560AHQ&片提供的多檔電流衰減模式用以支持不同動力參數(shù)的步進電機。26N137圖36

20、N137外觀圖優(yōu)點：6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其部有一個850nm波長AlGaAsLED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離,LSTTL/TTL兼容，高速典型為10MBd,5mA的極小輸入電流。特性：轉(zhuǎn)換速率高達10MBit/s;擺率高達10kV/us;扇出系數(shù)為8;邏輯電平輸出；集電極開路輸出；工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平：250uA最大輸入電流，高電平：15mA最大允許低電平電壓輸出高:0.8v最大允許高電平電壓：Vcc最大電源電壓、輸出：5.5V扇出

21、:8個最多工作溫度圍：-40Cto+85C典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等簡單的原理如圖2-2-1所示，若以腳2為輸入，腳3接地，則真值表如附表所列，這相當于非門的傳輸，若希望在傳輸過程中不改變邏輯狀態(tài)，則從腳3輸入，腳2接高電平。6N137真值表輸入使能輸出HHLLHHHLHLLH3PC817優(yōu)點：PC817光電耦合器廣泛用在電腦終端機，可控硅系統(tǒng)設(shè)備，測量儀器，影印機，自動售票，家用電器，如風(fēng)扇，加熱器等電路之間的信號傳輸，使之前端與負載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，簡化電路設(shè)計。特性：1.電流傳輸比2.高隔離電壓：5000V有效值3.緊湊型雙列直插封裝，P

22、C817為單通道光耦，PC827為雙通光光耦，PC837為三通道，PC847為四通道光耦.4LM317優(yōu)點：LM117/LM317是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。LM117/LM317的輸出電壓圍是1.2V至37V,負載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。特性：通常LM117/LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM117/LM317輸入端的連線超過6英寸約15厘米。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標

23、準三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。LM117/LM317能夠有許多特殊的用法。比如把調(diào)整端懸浮到一個較高的電壓上，可以用來調(diào)節(jié)高達數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過LM117/LM317的極限就行。當然還要避免輸出端短路。還可以把調(diào)整端接到一個可編程電壓上，實現(xiàn)可編程的電源輸出?？烧{(diào)整輸出電壓低到1.25V。保證1.5A輸出電流。典型線性調(diào)整率0.01%。典型負載調(diào)整率0.1%。80dB紋波抑制比。輸出短路保護。過流、過熱保護。調(diào)整管安全工作區(qū)保護。標準三端晶體管封裝。標準應(yīng)用圖4LM317原理圖5反相器74LS04優(yōu)點：1、工作速度快2、帶負載能力強3、傳輸特性好特性：74LS04是6非門反

24、相器他的工作電壓5V,他的部含有6個coms反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0,平時在使用中請注意不要芯片的管腳順序搞錯了6,圖5為芯片的管腳圖。圖574LS04弓|腳圖2.2.3測試電路的芯片選擇1開關(guān)型霍爾傳感器CS3020優(yōu)點：霍爾器件具有許多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高可達1MHZ，耐震動,不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕?；魻柧€性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高可達科m級。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度圍寬，可達55C150C。CS3020電壓電源

25、圍寬,可用市售的小磁鋼來驅(qū)動，無可動部件可靠性高，尺寸小抗環(huán)境應(yīng)力，可直接和雙極或COM濯輯電路接口。特，性：開關(guān)型霍爾傳感器可分為單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)，部均有5個部分，即由穩(wěn)壓源、霍爾電勢發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器以及輸出級組成。雙穩(wěn)態(tài)傳感器具有兩組對稱的施密特整形電路。圖6是單穩(wěn)態(tài)開關(guān)集成霍爾元件UGN3020的功能圖及輸出特性。圖6UGN302的能特性曲線3系統(tǒng)硬件設(shè)計電機驅(qū)動電路圖7驅(qū)動電路原理圖以單片機為核心，輸出脈沖信號到驅(qū)動器使得步進電機能按要求轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動并且具有細分，提高步進電機精度。利用霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速并用數(shù)碼管輸出結(jié)果。通過P1.0、P1.2來控制各線圈的接通與切斷。開機時

26、，P1.0、P1.2均為高電平,依次將P1.0、P1.2切換為低電平即可驅(qū)動步進電機運行。如果要改變電機的轉(zhuǎn)動速度只要改變兩次接通之間的時間。改變轉(zhuǎn)速，只要改變P1.0、P1.2輪流變低電平的時間即可達到要求，因為不會影響到其他功能的實現(xiàn)，這個時間可以用延時來實現(xiàn),o這里以定時的方式來實現(xiàn)。下面首先計算一下定時時間。按要求，最低轉(zhuǎn)速為20車t/分，而上述步進電機的步距角為1.8，即每200個脈沖為1周，即在最低轉(zhuǎn)速時,要求為4000脈沖/分，相當于15ms/脈沖。而在最高轉(zhuǎn)速時,要求為100轉(zhuǎn)/分，即20000脈沖/分，相當于3ms/脈沖?？梢粤谐鱿卤恚恨D(zhuǎn)速單步時問TH0TL04000.75F

27、D126000.5FE0C8000.375FE8910000.3FED4表1步進電機轉(zhuǎn)速與定時器定時常數(shù)關(guān)系定時時間t(216X)?1us表中不僅計算出了TH0和TL0,而且還計算出了在這個定時常數(shù)下，真實的定時時間，可以根據(jù)這個計算值來估算真實速度與理論速度的誤差值。表中TH0和TL0是根據(jù)定時時間算出來的定時初值，這里用到的晶振是12.000M,定時器工作方式1。有了上述表格，程序就不又t實現(xiàn)了，使用定時/計數(shù)器T0為定時器，定時時間到后切換輸出腳即可。測試及顯示電路3.2.1 CS3020霍爾傳感器測試電路對于開關(guān)型傳感器的正值規(guī)定是：用磁鐵的6看出，當B=0時,V0為高電平；當外磁場增

28、至 BOP時，輸出V0由高電平轉(zhuǎn)為低電平。外磁場由BOPW至BrP時，輸出V0由低電平反向，BrP被稱為釋放點。 對于S極接近傳感器的端面所形成的B值為正值。由圖UGN3020,BOP=0.022T,BRP=0.0165T,VOL=80 150mV,VOH=4V工作電壓為 4.5V 24V。UGN3020可組成轉(zhuǎn)速計探頭。該探頭 由霍爾元件 UGN3020和磁鋼組成測量電路。 將具有10個齒的圓盤固定于被測對象的旋 轉(zhuǎn)主軸上。當圓盤齒經(jīng)過測量磁路的間隙 時，霍爾元件輸出高電平，其他時間輸出為M 0P3 I打？PMnwm/TPTXIiiPJ.tIRTPF-nTHiP3 4Tie 5WP3 7 X

29、TALJ!XTALJ vssTT1POD m pgP0 3 04 TO 5 PQ虜 _10.7 1X-TP ALEFCg TTP27 P2S J25P23低電平；這樣圓盤每轉(zhuǎn)一周，電路輸出圖8檢測電路圖10個脈沖，脈沖經(jīng)過分頻后，用頻率計即可測出被測對象的實際轉(zhuǎn)速4。3.2.2LED數(shù)碼顯示管圖9顯示電路圖發(fā)光二極管LED是一種通電后能發(fā)光的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電性質(zhì)與普通二極管類似。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合而成的1種新型顯示器件。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。LED數(shù)碼顯示器是1種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符,1個用于顯示

30、小數(shù)點。LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法:1共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極 光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陰極端輸入低電平時 高電平時則不點亮。2共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極 光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入高電平時 低電平時則不點亮5。，使用時公共陽極接+5V,每個發(fā),段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入，使用時公共陰極接地。每個發(fā),段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入在本設(shè)計中所采用的是共陽極LED數(shù)碼顯示器，其部結(jié)構(gòu)如圖10所示:圖10LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖類別：4位一體共陽規(guī)格：長X寬X高-30.1M4.1X7.3mm管腳標號：12-9-

31、8-6公共腳、A-11、B-7、C-4D-2、E-1、F-10、G-5、DP-3電源24V開關(guān)電源的工作原理 TOC o 1-5 h z .交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流；.通過高頻PWM信號控制開關(guān)管，將那個直流加到開關(guān)變壓器初級上；3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負載；.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制PWM&空比，以達到穩(wěn)定輸出的目的.交流電源輸入時一般要經(jīng)過厄流圈一類的東西，過濾掉電網(wǎng)上的干擾，同時也過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾；在功率相同時，開關(guān)頻率越高，開關(guān)變壓器的體積就越小，但對開關(guān)管的要求就越高；圖11電源電路開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭

32、，以得到需要的輸出；一般還應(yīng)該增加一些保護電路，比如空載、短路等保護，否則可能會燒毀24V開關(guān)電源.兩相步進電機在本設(shè)計以常用的混合式步進電機為例，用單片機控制步進電機。圖3-4-1是57BYGH84041混圖1257BYG即永磁步進電機外形圖圖1357BYG即永磁步進電機接線圖型號步距角,O.機身長mm電流A電阻Q電感mH靜力矩Kg*cmJ定位力矢巨g*cm轉(zhuǎn)動慣量引線數(shù)重量g57BYGH84041.8763.00.51.81760044041050表2步進電機參數(shù)表從圖中可以看出，電機共有兩組線圈，這樣一共有4根引出線。要使用步進電機轉(zhuǎn)動，只要輪流給各引出端通電即可。只要A、ARBA輪流加

33、電就能驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，加電的方式可以有多種。鍵盤控制系統(tǒng)鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機的主要手段。鍵盤實質(zhì)是一組按鍵開關(guān)的集合。鍵盤所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，利用了機械觸點的合、斷作用。一個電壓信號在機械觸點的斷開、閉合過程中，都會產(chǎn)生抖動，一般為510ms；兩次抖動之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時間由按鍵動作所決定；第一次抖動前和第二次抖動后為斷開狀態(tài)。按鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。通過對輸出電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。在本設(shè)計中，高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合狀體。并且,為了能直觀形象的表示按鍵閉合

34、與否，還為每個按鍵相應(yīng)增加了發(fā)光二極管，按鍵斷開時，發(fā)光二極管滅，當有鍵閉合時，相應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。為了確保單片機對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除抖動的影響。消除按鍵抖動通常采用硬件、軟件兩種方法。由于硬件消抖電路設(shè)計復(fù)雜，本設(shè)計中沒有采用，在此不再詳細敘述；軟件消抖適合按鍵較多的情況，方便簡單。其原理是在第一次圖14鍵盤控制電路圖檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時10ms的子程序后在確認該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正有鍵按下，從而消除了抖動的影響6o其原理圖如圖14所示。4控制系統(tǒng)軟件分析與設(shè)計主程序流程圖步進電機控制系統(tǒng)的主程序在對整個系統(tǒng)初始化后主要

35、完成讀鍵盤和處理鍵盤的功能，如圖15所示：系統(tǒng)上電復(fù)位后，先調(diào)用初始化子程序，對步進電機各端口，相關(guān)參數(shù)進行初始化，設(shè)置T0工作方式控制時間常數(shù)。初始化完成后，步進電機處于停止狀態(tài),T0定時器處于關(guān)閉狀態(tài)。然后循環(huán)調(diào)用讀鍵盤子程序和鍵盤處理子程序，等待中斷，以便實現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)動控制。圖15步進電機控制系統(tǒng)主程序流程圖讀鍵盤子程序流程圖首先初始化實際鍵值參數(shù)為0FH,然后掃描P2口，與初始值比較，相等則說明沒有鍵按下，不相等則軟件消抖，以便確認是否真的有鍵按下。延時10ms后再次掃描P2口，第二次與初始值比較，若相等則表明前一次比較不相等是由抖動產(chǎn)生；如果相等則表明確實有鍵按下。執(zhí)行鍵盤之程序里

36、的指令,將相應(yīng)的變量值改變，為鍵盤處理子程序做準備。否處理鍵盤子程序圖16掃描鍵盤字程序流程圖鍵盤處理子程序流程圖按鍵處理子程序流程圖如圖17所示:圖17鍵盤處理子程序流程圖T0來實現(xiàn)，因為定時器T0控制著脈沖信號的輸出,關(guān)閉定步進電機的啟?？刂仆ㄟ^啟停定時器時器T0也就阻止了脈沖信號的輸出。電機控制中斷程序流程圖定時器中斷0服務(wù)程序流程圖如圖18所示:開始圖18定時器中斷0服務(wù)程序流程圖定時器中斷0服務(wù)程序的中斷時間由當前的轉(zhuǎn)速決定。進入中斷程序后，首先要保護現(xiàn)場，再根據(jù)當前值設(shè)置TH0和TL0的值。然后判斷轉(zhuǎn)動方向控制位的值，如果是0則控制脈沖信號P1.0、P1.2輸出,如果是1則控制脈沖

37、信號P1.1、P1.3輸出。最后恢復(fù)現(xiàn)場,返回,等待下次中斷。通過用當前轉(zhuǎn)速控制中斷時間，控制了脈沖的輸出頻率，也就到達了控制步進電機轉(zhuǎn)動速度的目的；通過檢測方向控制位的電平，選擇脈沖信號P1.0、P1.2與P1.1、P1.3間的切換，控制了步進電機各引出端的接通順序，也就到實現(xiàn)了步進電機轉(zhuǎn)動方向的控制。程序設(shè)計平臺由于涉及到大量數(shù)據(jù)的運算，程序不宜采用匯編語言，c語言大大縮短了開發(fā)時間，且程序可讀性非常好。程序中對AD采入的數(shù)據(jù)進行了數(shù)字濾波，進一步減小AD讀入數(shù)據(jù)的誤差?？紤]到程序的易讀性和簡練，程序設(shè)計采用C語言。程序編輯平臺采用Keil。-ffisivn21Eit編程扈Ij.cj_H|

38、X|由FihEdi：7irxujuL。的&出門人工皿，小皿、3*cs舊皿*ikip局GQ印寧,三兄聃*他日吃囚四腦渺典eftS Trp 1Prcrjict WcKkspaic4mI-Tw學(xué)七 1日1, S寸3K6q/ I 肅37而TUT際 向酉一#inc Jvcic#dcfiijc 4他電工 unsiqned charelne nine unsianed Hitetitup=Ji2Al：儲金HLskitdcwr=P2A2;Z/林理ctitrctfiticn-P2A0; 轉(zhuǎn)閉ii;t zccd-10;|static BCT=C;/1正警(反粕)stailc uliiL acep=o；，/杷始力”

39、i?cld delizy (lnt 1)|xchile (i-) jZ(/7牛進方加(smEm 用ijcompiling e . er H a -1 inking -PrcgraiL Siz-e: data-* 15.0 xdaLa-0i eri1d，7i5。亡mating has f i fr-an ,Bep. . Ba111 - Q Error (c) U-T Build X Corriiianid X And In Alw /urn T/a圖19 Keil軟件界面4.6源程序清單主控程序：#include#define uchar unsigned char#define uint un

40、signed intsbit up=P1A5;/ 提速sbit down=P1A6; /減速sbit rotation=P1A4;/轉(zhuǎn)向sbit run=P1A7；int speed=10;static ROT=0; /正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)static uint step=0; / 起始步void delay int k=100;whilewhile;Z/步進方向switchcase0:P1=0 x01;break;case1:P1=0 x04;break;F/步進方向switchcase0:P1=0 x02;break;case1:P1=0 x08;break;FangxiangififTR0=0;R

41、OT=!ROT;TR0=1;dowhile;P0=0;voidSpeed1/速度ifdelay;speed=speed+10;)if(delay;speed=speed-10;)work/啟停(if(delay;ifTR0=!TR0;dowhile;mainTCON=0;IE=0 x82;TMOD=0 x01;whileWork;Speed1;Fangxiang;ifZ;/正轉(zhuǎn)elseF;/反轉(zhuǎn)voidtimer0interrupt1TH0=/255;TL0=%255;step=+step;delay;if=2step=0;測速程序：#include#defineucharunsignedch

42、arucharj,k,i,a,b,sin,A1,A2,A3,aecond;ucharcodetable=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;voiddelayfor0;j-for0;k-;voiddisplayP0_0=0;P1=tableA1;delay;p0_0=1;P0_1=0;P1=tableA2;delay;P0_1=1;P0_2=0;P1=tableA3;delay;P0_2=1;voidmainTCON=0 x11;IE=0 x83;TMOD=0 x01;whileP2=R;A1=R/100;A2

43、=R/10%10;A3=R%10;for0;a-(for0;b-display;)voidtimer0interrupt1(staticucharsin=0;TH0=/255;TL0=%255;sin+;if=20(sin=0;R=second;second=0;voidcesuinterrupt0(second+;嚴5PCB板設(shè)計設(shè)計原則布局操作的基本原則遵照先大后小,先難后易的布置原則,即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當優(yōu)先布局布局中應(yīng)參考原理框圖,根據(jù)單板的主信號流向規(guī)律安排主要元器件布局應(yīng)盡量滿足以下要求:總的連線盡可能短,關(guān)鍵信號線最短;高電壓、大電流信號與小電流,低電壓的弱信號完全分

44、開;模擬信號與數(shù)字信號分開；高頻信號與低頻信號分開；高頻元器件的間隔要充分相同結(jié)構(gòu)電路部分,盡可能采用對稱式標準布局；按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標準優(yōu)化布局；器件布局柵格的設(shè)置,一般IC器件布局時,柵格應(yīng)為50-100mil,小型表面安裝器件,如表面貼裝元件布局時,柵格設(shè)置應(yīng)不少于25mil。如有特殊布局要求,應(yīng)雙方溝通后確定。8同類型插裝元器件在X或Y方向上應(yīng)朝一個方向放置。同一種類型的有極性分立元件也要力爭在X或丫方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗。發(fā)熱元件要一般應(yīng)均勻分布,以利于單板和整機的散熱,除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應(yīng)遠離發(fā)熱量大的元器件。元器件的排列要便于調(diào)試和維修,亦

45、即小元件周圍不能放置大元件、需調(diào)試的元、器件周圍要有足夠的空間。需用波峰焊工藝生產(chǎn)的單板,其緊固件安裝孔和定位孔都應(yīng)為非金屬化孔。當安裝孔需要接地時,應(yīng)采用分布接地小孔的方式與地平面連接。焊接面的貼裝元件采用波峰焊接生產(chǎn)工藝時,阻、容件軸向要與波峰焊傳送方向垂直,阻排及SOPPIN間距大于等于1.27mm元器件軸向與傳送方向平行；PIN間距小于1.27mm50mil的IC、SOJ、PLCGQFP等有源元件避免用波峰焊焊接。BGA與相鄰元件的距離5mm其它貼片元件相互間的距離0.7mm；貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm有壓接件的PGB,壓接的接插件周圍5mm能有插裝元、器件，

46、在焊接面其周圍5mm也不能有貼裝元、器件。IG去偶電容的布局要盡量靠近IG的電源管腳,并使之與電源和地之間形成的回路最短。元件布局時,應(yīng)適當考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起,以便于將來的電源分隔。用于阻抗匹配目的阻容器件的布局,要根據(jù)其屬性合理布置。串聯(lián)匹配電阻的布局要靠近該信號的驅(qū)動端,距離一般不超過500mil。匹配電阻、電容的布局一定要分清信號的源端與終端,對于多負載的終端匹配一定要在信號的最遠端匹配。布局完成后打印出裝配圖供原理圖設(shè)計者檢查器件封裝的正確性,并且確認單板、背板和接插件的信號對應(yīng)關(guān)系,經(jīng)確認無誤后方可開始布線。5.1.2布線原則1、導(dǎo)線的走線要盡可能短,電源和地線的走

47、線盡量加粗。2、導(dǎo)線走線的拐角應(yīng)為圓角或者大于90角,而不能是直角或者銳角。3、兩相鄰信號層應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線,盡量避免平行走線,以減小寄生耦合。4、不要在SMM件的焊盤上打過孔。5、走線時盡量在一個工作層上走線，確實不能完成走線時才再卻換到另一個工作層。6、導(dǎo)線的走線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，但最小不宜小于0.2mm8mil,在高密度、高精度的印制線路中，導(dǎo)線寬度和間距一般可取0.3mm12mil。7、導(dǎo)線走線寬度在大電流情況下還要考慮其溫升，單面板實驗表明，當銅箔厚度為50科m導(dǎo)線寬度11.5mm通過電流2A時，溫升很小。因此,一

48、般選用11.5mm寬度導(dǎo)線就可能滿足設(shè)計要求而不致引起溫升。8、公共地線應(yīng)盡可能的粗，可能白話，使用大于23mm勺走線寬度，這點在帶有微處理器的電路中尤為重要，因為當?shù)鼐€過細時，由于流過的電流的變化，地電位變動，微處理器定時信號的電平不穩(wěn)，會使噪聲容限劣化。9、在具有DIP封裝類型的IC引腳間走線時，可應(yīng)用10-10與12-12原則，即當兩引腳間通過2根導(dǎo)線時，焊盤直徑可設(shè)為50mil、線寬與線距都為10mil,當兩腳間只通過1根導(dǎo)線時，焊盤直徑可設(shè)為64mil,線寬與線距都為12mil。10、數(shù)據(jù)線的寬度應(yīng)盡可能的加寬，以減小阻抗、降低損耗。11、對于高頻時鐘信號，最好使用地線護送。12、導(dǎo)線走線與機械安裝孔應(yīng)保持一定的距離。5.2PCB板設(shè)計方案見附錄BPCB板尺寸5000M000尺寸單位英制i