基于單片機(jī)的紅外感應(yīng)自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要隨著社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。本論文介紹的自動門控制器使用簡單、工作穩(wěn)定、成本低廉，采用雙速運(yùn)行、動作迅速。除能實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)門之外，還具有常開、常關(guān)、門禁、防誤夾等多種功能。通過對“控制自動門系統(tǒng)”的研究和設(shè)計(jì)，精心撰寫了控制自動門系統(tǒng)論文。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用單片機(jī)8051作為控制核心，步進(jìn)電機(jī)、熱釋電型紅外傳感器、電位器相結(jié)合的系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。其優(yōu)點(diǎn)硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等特點(diǎn)，具有一定的使用和參考價值。單片機(jī)主要組成部分：中央處理器

2、CPU（Central Processing Unit）、隨機(jī)存儲器RAM（Ramdom Access Memory）、只讀存儲器ROM(Read Only Memory)、中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)數(shù)器以及I/O（Input/Output）口電路等部件。 單片機(jī)在控制領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)：體積小，成本低，運(yùn)用靈活，易于產(chǎn)品化，它能方便的組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機(jī)電一體化。它能針對性的解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，抗干擾能力強(qiáng)，適用溫度范圍寬，可以方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。本課題通過紅外傳感器感應(yīng)到來人進(jìn)出門時向單片機(jī)送入一個高電平，后以單片機(jī)為控制核心對

3、步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單，但功能強(qiáng)，能有效的對門進(jìn)行開關(guān)控制。關(guān)鍵詞：單片機(jī),自動門,直流電機(jī),紅外傳感器 ,轉(zhuǎn)速測量AbstractAs it becomes more and more automatic and informational nowadays, the application of microcontroller also becomes more and more extensively. Progress of with the development of the society, science and technology and gradual impro

4、vement of peoples living standard, various kinds of help automatic control system in life begin to enter peoples life, the system of automatically-controll door taking one-chip computer as the core is one of them. Indicate too that the automatic controlled field became a member in digitized era at t

5、he same time. Its practicability is strong, multiple functional, modern techniques, make people believe this is an achievement of scientific and technological progress. It lets the mankind understand even more, the development in digital era will change humans life, will quicken the development of s

6、cience and technology.Through the research and design to the thing that the system of single chip controlled auto-door, I have written the computer and controlled the systematic thesis of automatically controlled door meticulously. Thesis this is it rely mainly on one-chip computer to explain emphat

7、ically, DC motor and the measure of rotate speed central systems.It is uses 8051 as core of controlling, the DC motor, infrared sensor and electromagnetic switch combine together mainly to design originally. Give full play to the performance of the one-chip computer. Its advantage hardware circuit i

8、s simple, the software is with perfect function, the control system is reliable, higher characteristic of the sex price, and it has certain use and reference value.Keywords ： Microcontroller Auto-door DC motor Infrared sensor Rotate speed- measure目 錄第1章 課題研究的意義和目的5第2章 課題的功能概述6第3章 數(shù)字控制開關(guān)電源的設(shè)計(jì)73.1 總體設(shè)

9、計(jì)方案73.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.3基本設(shè)計(jì)電路73.4電路設(shè)計(jì)83.4.1 數(shù)字調(diào)壓控制電路103.4.2 計(jì)數(shù)控制電路103.4.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路.103.4.4 比較器及PNM控制電路113.4.5 輸出穩(wěn)壓電路12第4章 單片機(jī)的介紹和發(fā)展概況13第5章 單片機(jī)的工作原理145.1單片機(jī)的基本組成145.2 MCS-51的尋址方式155.3指令155.4計(jì)數(shù)初值的計(jì)算155.4.1計(jì)數(shù)的工作方式165.4.2定時的工作方式1655中斷響應(yīng)的條件175.6串行口工作方式及幀格式17第6章 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用18第7章 步進(jìn)電機(jī)的工作原理21第8章 用單片機(jī)和CPLD實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制238.

10、1 電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)238.2 步進(jìn)電機(jī)控制方案268.3 電機(jī)驅(qū)動器硬件結(jié)構(gòu)278.4 CPLD硬件電路設(shè)計(jì)278.5 控制的實(shí)現(xiàn)28第9章 紅外熱釋電處理芯片BISS000131第10章 紅外接收和電機(jī)驅(qū)動電路配制方案3510.1 開門信號3710.2 門禁系統(tǒng)與非公共區(qū)域的自動門3710.3 解鎖動作與開門動作之間的協(xié)調(diào)3810.4 集中控制38第11章邏輯運(yùn)算電路設(shè)計(jì)39第12章 軟件設(shè)計(jì)40第13章 其他問題41參考文獻(xiàn)42結(jié)束語43致謝44附錄45第1章 課題研究的意義和目的自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門和自動折疊門等，其中平開

11、門用的場合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常龐大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動門和感應(yīng)門就是指自動平移門。自動平移門最常見的形式是自動門機(jī)及門內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走近自動門時，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的第2章 課題的功能概述這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于通過微機(jī)程序?qū)ED點(diǎn)陣的顯示順序和步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，從而對門進(jìn)行開、關(guān)的控制。在門的兩側(cè)各有一個感應(yīng)器，分別感應(yīng)從里面出去

12、和從外面進(jìn)來的人。當(dāng)有人或物品進(jìn)入到感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，感應(yīng)器就會做出感應(yīng)，向中央處理器提出申請，中央處理器轉(zhuǎn)而控制電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了開門的過程。這其間，感應(yīng)器不停的對其范圍內(nèi)的空間進(jìn)行掃描，一旦兩個感應(yīng)器都無法掃描到其間的人或物品，也就說明人或物品已經(jīng)離開，那么就開始執(zhí)行關(guān)門程序。在感應(yīng)器的選擇方面是很靈活的，現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的感應(yīng)器主要有微波感應(yīng)器和紅外感應(yīng)器。我在設(shè)計(jì)時選擇采用的是紅外線感應(yīng)器對是否有人進(jìn)入感應(yīng)區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)，而沒有采用微波感應(yīng)器。這是因?yàn)槲⒉ǜ袘?yīng)器只能對其感應(yīng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動的物體進(jìn)行感應(yīng)，雖說反應(yīng)速度快，但對于其感應(yīng)區(qū)域內(nèi)不動的物體不能夠進(jìn)行感應(yīng)，便會根據(jù)程序所設(shè)定的步驟進(jìn)行

13、關(guān)門操作，容易出現(xiàn)門將人夾到的行為。而紅外感應(yīng)器是對存在的物體進(jìn)行感應(yīng)，只要在其感應(yīng)區(qū)域內(nèi)有物體，紅外感應(yīng)器就能夠感應(yīng)到，而無需辨別感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的物體是否是運(yùn)動的，也就避免了門將人夾到的行為。第3章 控制開關(guān)電源的設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)方案數(shù)字控制開關(guān)電源是一種基于數(shù)字信號控制調(diào)節(jié)其輸出電壓的、初步實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的數(shù)字化和智能化控制的電路系統(tǒng)。電壓可調(diào)數(shù)字控制開關(guān)電源要求由按鈕控制電壓輸出值在540V范圍內(nèi)的步加、步減調(diào)節(jié)，步進(jìn)精度為0.2V，并隨時可以調(diào)回最低值或預(yù)置為最高值，輸出電壓的精度不低于0.1V，最大輸出功率不低于20W。3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種基于TOP234Y的電壓可調(diào)數(shù)控開關(guān)電源，利用

14、PWM原理控制占空比，采用可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)并經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換放大做控制信號，對輸出電壓進(jìn)行相對較大范圍的調(diào)節(jié)，由反饋電路確保電壓的穩(wěn)定性，數(shù)字芯片電源由內(nèi)部電源提供。按功能系統(tǒng)可基本劃分為兩大部分，即開關(guān)電源的模擬部分和數(shù)字控制部分。模擬部分實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源電壓的整流、濾波、功率變換、限流保護(hù)等功能;數(shù)字控制部分主要是通過計(jì)數(shù)調(diào)壓控制信號調(diào)節(jié)PWM占空比來改變電壓輸出值并控制反饋信號以保持電壓輸出值的穩(wěn)定。3.3基本設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括模擬開關(guān)電源、反饋電路、PWM及比較器控制和數(shù)字調(diào)壓控制四大模塊。其系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。 圖1電壓可調(diào)數(shù)控開關(guān)電源系統(tǒng)原理框圖模擬開關(guān)電源部分對輸入交流電進(jìn)行濾波、

15、抗電磁干擾處理、整流、功率變換和穩(wěn)壓等。數(shù)字器件要求提供的電源基本保持不變，但輸出電壓會隨數(shù)控調(diào)節(jié)不斷改變，所以開關(guān)功率變換次級輸出只能在經(jīng)過穩(wěn)壓處理才能用作內(nèi)部電源，這里在電壓不超過最大值的情況下采用三端穩(wěn)壓器。開關(guān)電源反饋采用輸出電壓的雙向控制。調(diào)壓控制信號和反饋信號采用比較器作比較放大后送PWM控制器，使兩者不會產(chǎn)生沖突，也不會漏掉其中任一控制信號，兩者同時控制開關(guān)脈沖的占空比來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電壓?？刂菩盘柕碾妷号c輸出電壓的關(guān)系是由PWM控制器實(shí)現(xiàn)線性控制，故PWM控制器必須用線性PWM控制器件。在反饋電路中，若輸出電壓偏高，誤差放大反饋信號進(jìn)入比較器經(jīng)比較輸出的電壓也偏高。轉(zhuǎn)化后的反饋信號

16、電壓與脈沖調(diào)制器前置的比較器的計(jì)數(shù)調(diào)壓控制電壓比較后的電壓偏低，導(dǎo)致占空比的寬度變窄，引起輸出電壓下降;反之亦然。調(diào)壓控制的原理與反饋控制原理相似，但這里集成在TOP芯片中。在數(shù)字調(diào)壓控制模塊，由按鈕控制計(jì)數(shù)器的步加、步減、清零和預(yù)置為最大值，并由計(jì)數(shù)器輸出一個相應(yīng)的電壓信號。計(jì)數(shù)器輸出的信號為數(shù)字量，故須再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換形成相應(yīng)的控制電壓，即數(shù)字調(diào)壓控制信號。3.4電路設(shè)計(jì)TOPSwitch-FX系列有三種封裝形式，其中TO-220-7B封裝有5個引出端，它們分別是控制端C、多功能端M、源極S、開關(guān)頻率選擇端F和漏極D。多功能端主要有線路過壓和欠壓保護(hù)、利用線路電壓前饋來降低占空比Dmax、從外

17、部設(shè)定芯片的極限電流ILIMIT等功能。TOPSwitch-FX主要由門驅(qū)動級和輸出級、控制電壓源、帶隙基準(zhǔn)電壓源、頻率抖動振蕩器、并聯(lián)調(diào)整器/誤差放大器、脈寬調(diào)整器等主要部分組成。它的工作原理是利用反饋電流IC來調(diào)節(jié)占空比Dmax，達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。例如，當(dāng)輸出電壓UO時，經(jīng)過光耦合反饋電路使得ICDmaxUO，最終使UO保持不變。TOPSwitch-FX有一大特性，當(dāng)控制端電流IC在規(guī)定范圍內(nèi)，而多功能端的輸入電流IM為定值時，脈寬調(diào)制器的輸出占空比Dmax與IC成反比。PWM的增益為：K=D/IC=22%/mA （3-1）即 D=KIC=22% （3-2） 由式可知，占空比隨IC的增大

18、而減小。實(shí)際上，占空比不僅與IC有關(guān)，還取決于IM值。目前，在普通開關(guān)電源中可由多種方式進(jìn)行輸出反饋。在輸出電壓采樣電路中，一般有鉗位電路?；驹硎潜容^輸出電壓是高于還是低于鉗位電壓。但在電壓可調(diào)的開關(guān)電源中，因?yàn)檩敵鲭妷罕旧硎且笞兓模圆荒苡妙愃频姆答侂娐?。為了克服這一難題，在電路反饋原理上不再采用單獨(dú)的縱向比較，而是縱向、橫向比較相結(jié)合。橫向是比較兩輸出電路電壓是否相同，而縱向比較是在另一路輸出中加入延時操作，同時在調(diào)壓時禁止反饋。具體的電路是在第二路輸出經(jīng)整流濾波后加延時器，再與第一路進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)縱向比較。而為了在調(diào)壓時禁止反饋，反饋輸出后加脈沖控制反饋電路的通斷，當(dāng)有調(diào)壓

19、脈沖信號存在時，反饋通路中斷，這里由壓控繼電器來實(shí)現(xiàn)。另外，由于電壓的精度要求高，在電路反饋中必須對誤差電壓進(jìn)行放大，中間加比較器放大器后進(jìn)行反饋。同時在電路中對輸出采用光耦合器件TL431隔離，提高電壓調(diào)整率。 3.4.1數(shù)字調(diào)壓控制電路該模塊包括計(jì)數(shù)控制電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。電源整體輸出電壓為5至40V，步長值設(shè)計(jì)為0.2V，總計(jì)數(shù)次數(shù)為175次，故須采用八位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。從0開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到175，即二進(jìn)制數(shù)的，輸出信號送數(shù)模轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行功率放大。因?yàn)镈與IC成反比，即占空比的變化與IC的變化成反比。當(dāng)IC變大時，占空比減小，輸出電壓降低，反之，當(dāng)IC變小時，輸出電壓增大，所以在計(jì)數(shù)器的

20、UP引腳接步減控制按鈕，而DOWN引腳接步加按鈕，計(jì)數(shù)器清零時輸出電壓最大，預(yù)置為最高時輸出電壓最小。3.4.2計(jì)數(shù)控制電路控制按鈕為四鍵，分別用于步加、步減、清零和預(yù)置為最大值?？赡嬗?jì)數(shù)器采用兩只74LS193級聯(lián)形成八位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74LS193是一種雙時鐘4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，具有預(yù)置、清零、加和減計(jì)數(shù)功能8。兩片74LS193采用級聯(lián)方式，第一片的CLR通過電壓置高開關(guān)接數(shù)字電源。LD接地，即預(yù)置功能在輸出為最低時有效，預(yù)置數(shù)據(jù)均接高電平。UP、DOWN上拉為高電平，分別通過電壓步減、步加開關(guān)按鈕接振蕩脈沖信號源。第一片的CO為0時，加計(jì)數(shù)進(jìn)位，BO為0時，減計(jì)數(shù)借位。第二片的計(jì)

21、數(shù)控制由LD執(zhí)行控制功能，即CO、BO分別取反后一起接LD，其它接法與第一片相同，組成一個八位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)到175時，加無效，當(dāng)計(jì)數(shù)為0時，減無效。即當(dāng)輸出為時，計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)輸出為時，執(zhí)行減操作則計(jì)數(shù)器預(yù)置為最大值。3.4.3數(shù)模轉(zhuǎn)換電路數(shù)字調(diào)壓控制電路輸出送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器，這里因?yàn)闆]有要求其它附加功能，故采用一只ADC6080作為數(shù)模轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換信號提供給功率放大電路。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。圖2數(shù)模轉(zhuǎn)換電路圖3.4.4比較器及PWM控制電路TOPSwitch-FX系列芯片集成了保護(hù)電路、PWM控制器及MOSFET管，這里可直接采用TO-220-7B型封裝的TOP234Y型FX芯

22、片。其中接數(shù)控信號與接反饋信號進(jìn)行比較放大后接控制端C，M端通過大電阻接電輸入正極，TOP234Y的外圍電路如圖3所示。圖3 TOP234Y的外圍電路圖3.4.5輸出穩(wěn)壓電路輸出分為兩路，第一路經(jīng)整流、濾波作開關(guān)電源輸出;第二路為數(shù)字IC提供電源。在整個控制電路中，所有的數(shù)字芯片都需要恒壓電源，但是在輸出電壓調(diào)節(jié)過程中，第二路輸出也會隨著占空比的變化而變化，所以要在該路輸出加上恒壓電路。為了設(shè)計(jì)簡便，這里用集成三端穩(wěn)壓器。只要把正輸入電壓加到UA7805的輸入端，UA7805的公共端接地，其輸出端便能輸出芯片標(biāo)稱正電壓。在輸入端和輸出端與地之間要接大濾波電容，在芯片引腳根部還要接小容量電容（0

23、.110uF）到地。第4章 單片機(jī)的介紹和發(fā)展概況單片機(jī)，亦稱單片微電腦或單片微型計(jì)算機(jī)。它是把中央處理器（）、 取存儲器（RAM）、只讀存儲器（）、輸入輸出端口（）等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯 片上的微型計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積大?？v觀我們現(xiàn)在生活的各個領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng) 絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。以前沒有單片機(jī)時，這些東西也能做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做 出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，

24、并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑?，我們只需要在單片機(jī)外圍接一點(diǎn)簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔(dān)心精度達(dá)不到了。所以，它的魔力不僅是在現(xiàn)在，在將來將會有更多的人來接受它、使用它。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá) 3億片，且每年以大約16的速度增長，但相對于世界市場我國的占有率還不到。特別是沿海地區(qū)的玩具廠等生產(chǎn)產(chǎn)品多數(shù)用到單片機(jī)，并不斷地輻射向內(nèi)地。所以，學(xué)習(xí)單片機(jī)在我國是有著廣闊的前景。第5章 單片機(jī)的工作原理5.1單片機(jī)的基本組成它由CPU、存

25、儲器（包括RAM和ROM）、I/O接口、定時/計(jì)數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。輸入/輸出引腳P0、P1、P2、P3的功能：P0.0-P0.7：P0口是一個8位漏極開路型雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它分時作低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)總線用。在EPROM編程時，由P0輸入指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證程序時，要求外接上拉電阻。P0能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。P1.0-P1.7（1-8腳）:P1是一上帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在EPROM編程和驗(yàn)證程序時，由它輸入低8位地址。P1能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。在80

26、32/8051中，P1.0還相當(dāng)于專用功能端T2，即定時器的計(jì)數(shù)觸發(fā)輸入端；P1.1還相當(dāng)于專用功能端T2EX，即定時器T2的外部控制端。P2.0-P2.7（21-28腳）：P2也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，由它輸出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗(yàn)證時，由它輸入高8位地址。P可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。P3.0-P3.7（10-17腳）：P3也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口。在MCS-51中，這8個引腳還用于專門的第二功能。P3能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。P3.0RXD（串行口輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.2INT0（外部中斷0輸入）P3.3IN

27、T1（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6WR（片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD（片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通）5.2 MCS-51的尋址方式：（1）、立即尋址如：MOVA，#40H（2）、直接尋址如：MOVA，3AH（3）、寄存器尋址如：MOVA，Rn（4）、寄存器間接尋址如：MOVA，Rn（5）、基址加變址尋址如：MOVCA，A+DPTR（6）、相對尋址如：SJMP08H（7）、位尋址MOV20H，C 5.3指令： MOV：片內(nèi)RAM傳送MOVX：片外RAM傳送MOVC：ROM傳送XCH：交換（和A交換）SWAP：A內(nèi)半字節(jié)交換ADD：不帶

28、進(jìn)位加ADDC：帶進(jìn)位加SUBB：帶進(jìn)位減INC：加1 DEC：減1 MUL：乘法DIV：除法DAA：調(diào)整5.4計(jì)數(shù)初值的計(jì)算定時或計(jì)數(shù)方式下計(jì)數(shù)初值如何確定，定時器選擇不同的工作方式，不同的操作模式其計(jì)數(shù)值均不相同。若設(shè)最大計(jì)數(shù)值為M，各操作模式下的M值為：模式0：M=213=8192模式1：M=216=65536模式2：M=28=256模式3：M=256，定時器T0分成2個獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器，所以TH0、TL0的M均為256。因?yàn)镸CS-51的兩個定時器均為加1計(jì)數(shù)器，當(dāng)初到最大值（00H或0000H）時產(chǎn)生溢出，將TF位置1，可發(fā)出溢出中斷，因此計(jì)數(shù)器初值X的計(jì)算式為：X=M-計(jì)數(shù)值式中的

29、M由操作模式確定，不同的操作模式計(jì)數(shù)器的長不相同，故M值也不相同。而式中的計(jì)數(shù)值與定時器的工作方式有關(guān)。5.4.1計(jì)數(shù)工作方式計(jì)數(shù)工作方式時，計(jì)數(shù)脈沖由外部引入，是對外部沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此計(jì)數(shù)值根據(jù)要求確定。其計(jì)數(shù)初值：X=M-計(jì)數(shù)值例如：某工序要求對外部脈沖信號計(jì)100次，X=M-1005.4.2定時工作方式定時工作方式時，因?yàn)橛?jì)數(shù)脈沖由內(nèi)部供給，是對機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，故計(jì)數(shù)脈沖頻率為fcont=fosc1/12 (5.4.1-1)計(jì)數(shù)周期T=1/fcont=12/fosc定時工作方式的計(jì)數(shù)初值X等于： X=M-計(jì)數(shù)值=M-t/T=M-（fosct）/12 (5.4.1-2)式中：fosc為振

30、蕩器的振蕩頻率，t為要求定時的時間。 定時器有兩種工作方式：即定時和計(jì)數(shù)工作方式。由TMOD的D6位和D2位選擇，其中D6位選擇T1的工作方式，D2位選擇T0的工作方式。=0工作在定時方式，=1工作在計(jì)數(shù)方式。并有四種操作模式：1、模式0：13位計(jì)數(shù)器，TLi只用低5位。2、模式1：16位計(jì)數(shù)器。3、模式2：8位自動重裝計(jì)數(shù)器，THi的值在計(jì)數(shù)中不變，TLi溢出時，THi中的值自動裝入TLi中。4、模式3：T0分成2個獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器，T1停止計(jì)數(shù)。MCS-51有5個中斷源，可分為2個中斷優(yōu)先級，即高優(yōu)先級和低優(yōu)先級，中斷自然優(yōu)先級：外部中斷0；定時器0中斷；外部中斷1；定時器1中斷；串行口中

31、斷；定時器2中斷（1）同級或高優(yōu)先級的中斷正在進(jìn)行中；（2）現(xiàn)在的機(jī)器周期還不是執(zhí)行指令的最后一上機(jī)器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應(yīng)任何中斷；（3）正在執(zhí)行的是中斷返回指令RET1或是訪問專用寄存器IE或IP的指令，換而言之，在RETI或者讀寫IE或IP之后，不會馬上響應(yīng)中斷請求，至少要在執(zhí)行其它一要指令之扣才會響應(yīng)。5.5中斷響應(yīng)的條件CPU響應(yīng)中斷的條件有：（1）有中斷源發(fā)出中斷請求；（2）中斷總允許位EA=1，即CPU開中斷；（3）申請中斷的中斷源的中斷允許位為1，即沒有被屏蔽。5.6 串行口工作方式及幀格式MCS-51單片機(jī)串行口可以通過軟件設(shè)置四種工作方式：方式0：這種工作方

32、式比較特殊，與常見的微型計(jì)算機(jī)的串行口不同，它又叫同步移位寄存器輸出方式。在這種方式下，數(shù)據(jù)從RXD端串行輸出或輸入，同步信號從TXD端輸出，波特率固定不變，為振蕩率的1/12。該方式是以8位數(shù)據(jù)為一幀，沒有起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。方式2：采用這種方式可接收或發(fā)送11位數(shù)據(jù)，以11位為一幀，比方式1增加了一個數(shù)據(jù)位，其余相同。第9個數(shù)據(jù)即D8位具有特別的用途，可以通過軟件摟控制它，再加特殊功能寄存器SCON中的SM2位的配合，可使MCS-51單片機(jī)串行口適用于多機(jī)通信。方式2的波特率固定，只有兩種選擇，為振蕩率的1/64或1/32，可由PCON的最高位選擇。方式3：方式3與方式2完

33、全類似，唯一的區(qū)別是方式3的小組特率是可變的。而幀格式與方式2-樣為11位一幀。所以方式3也適合于多機(jī)通信。第6章 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用把電脈沖信號變換成角位移以控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的微特電機(jī)。在自動控制裝置中作為執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)前進(jìn)一步，故又稱脈沖電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)多用于數(shù)字式計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，以及打印機(jī)、繪圖機(jī)和磁盤等裝置。步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源由變頻脈沖信號源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，由此驅(qū)動電源向電機(jī)繞組提供脈沖電流。步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行性能決定于電機(jī)與驅(qū)動電源間的良好配合。步進(jìn)電動機(jī)分為機(jī)電式及磁電式兩種基本類型。機(jī)電式步進(jìn)電動機(jī)由鐵心、線圈、齒輪機(jī)構(gòu)等組成。螺線管線圈

34、通電時將產(chǎn)生磁力，推動其鐵心心子運(yùn)動，通過齒輪機(jī)構(gòu)使輸出軸轉(zhuǎn)動一角度，通過抗旋轉(zhuǎn)齒輪使輸出轉(zhuǎn)軸保持在新的工作位置；線圈再通電，轉(zhuǎn)軸又轉(zhuǎn)動一角度，依次進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動。磁電式步進(jìn)電動機(jī)主要有永磁式、反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式3種形式。永磁式步進(jìn)電動機(jī)由四相繞組組成。A相繞組通電時，轉(zhuǎn)子磁鋼將轉(zhuǎn)向該相繞組所確定的磁場方向;A相斷電、B相繞組通電時，就產(chǎn)生一個新的磁場方向，這時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一角度而位于新的磁場方向上，被激勵相的順序決定了轉(zhuǎn)子運(yùn)動方向。永磁式步進(jìn)電動機(jī)消耗功率較小，步矩角較大。缺點(diǎn)是起動頻率和運(yùn)行頻率較低。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽，利用這兩種齒槽相對

35、位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種步進(jìn)電動機(jī)步矩角可做到115，甚至更小，精度容易保證，起動和運(yùn)行頻率較高，但功耗較大，效率較低。步進(jìn)電機(jī)依其構(gòu)造上的差異可分為三大類： 1） 可變磁阻式（VR型）。2) 轉(zhuǎn)子以軟鐵加工成齒狀，當(dāng)定子線圈不加激磁電壓時，保持轉(zhuǎn)矩為零，故其轉(zhuǎn)子慣性小、響應(yīng)性佳，但其容許負(fù)荷慣性并不大。其步進(jìn)角通常為15。 永久磁鐵式（PM型）： 轉(zhuǎn)子由永久磁鐵構(gòu)成，其磁化方向?yàn)檩椣虼呕?，無激磁時有保持轉(zhuǎn)矩。依轉(zhuǎn)子材質(zhì)區(qū)分，其步進(jìn)角有45、90及7.5、11.25、15、18等幾種。3） 混和式（HB型）： 轉(zhuǎn)子由軸向磁化的磁鐵制成，磁極做成復(fù)極的形式，其乃兼采可變磁阻式步進(jìn)

36、電機(jī)及永久磁鐵式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，精確度高、轉(zhuǎn)矩大、步進(jìn)角度小。 步進(jìn)電機(jī)的特征 高精度的定位：步進(jìn)電機(jī)最大特征即是能夠簡單的做到高精度的定位控制。以5相步進(jìn)電機(jī)為例：其定位基本單位（分辨率）為0.72（全步級）/0.36（半步級），是非常小的；停止定位精度誤差皆在3分（0.05）以內(nèi)，且無累計(jì)誤差，故可達(dá)到高精度的定位控制。（步進(jìn)電機(jī)的定位精度是取決于電機(jī)本身的機(jī)械加工精度） 位置及速度控制：步進(jìn)電機(jī)在輸入脈沖信號時，可以依輸入的脈沖數(shù)做固定角度的回轉(zhuǎn)進(jìn)而得到靈活的角度控制（位置控制），并可得到與該脈沖信號周波數(shù)（頻率）成比例的回轉(zhuǎn)速度。 具定位保持力：步進(jìn)電機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)下（無脈波信號輸入時）

37、，仍具有激磁保持力，故即使不依靠機(jī)械式的剎車，也能做到停止位置的保持。 動作靈敏：步進(jìn)電機(jī)因?yàn)榧铀傩阅軆?yōu)越所以可做到瞬時起動、停止、正反轉(zhuǎn)之快速、頻繁的定位動作。 開回路控制、不必依賴傳感器定位： 步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，不需要速度感應(yīng)器（ENCODER、轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)）及位置傳感器（SENSOR），就能以輸入的脈波做速度及位置的控制。也因其屬開回路控制，故最適合于短距離、高頻度、高精度之定位控制的場合下使用。 步進(jìn)電機(jī)的速度轉(zhuǎn)矩特性 速度-轉(zhuǎn)矩特性取決于電機(jī)及驅(qū)動器，尤其與所搭配的驅(qū)動器有著極大的影響；使用的驅(qū)動器不同，特性上的差異也就會有明顯的不同。 (1)激磁最大靜止轉(zhuǎn)矩：當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)脈沖速度

38、等于0 Hz時，曲線與Y軸交接的點(diǎn)即稱為激磁最大靜止轉(zhuǎn)矩。也就是指電機(jī)在通電但無輸入脈沖信號的情況下，其所具備的保持轉(zhuǎn)矩即稱為激磁最大靜止轉(zhuǎn)矩。 (2)脫出轉(zhuǎn)矩：又稱最大轉(zhuǎn)矩，為電機(jī)于運(yùn)轉(zhuǎn)時所能帶動的最大負(fù)荷。 (3)最大響應(yīng)頻率：在無負(fù)載、負(fù)荷慣性為0時，電機(jī)所能夠響應(yīng)之最快的速度。 (4)最大自起動頻率：電機(jī)在無載的狀態(tài)下可以做到瞬時的起動而不失步的速度謂之最大自起動頻率。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)在單單僅給予電壓時，電機(jī)是不會動作的，必須透過脈波產(chǎn)生器提供位置（脈波數(shù)）、速度的脈波信號指令，以及驅(qū)動器驅(qū)動電流流過電機(jī)內(nèi)部線圈、依順序切換激磁相序的方式才能夠讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。所以欲使步進(jìn)電機(jī)

39、動作的必要系統(tǒng)組成有： 1.脈沖產(chǎn)生器：給予角度（位置移動量）、動作速度及運(yùn)轉(zhuǎn)方向之脈沖信號的電機(jī)驅(qū)動指令。 2.步進(jìn)驅(qū)動器：依控制器所投入的脈沖信號指令，提供電流來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)動作。 3.步進(jìn)電機(jī)：提供轉(zhuǎn)矩動力輸出來帶動負(fù)載。 所以步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成簡單，不需要速度感應(yīng)器（ENCODER、轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)）、位置傳感器（SENSOR），即能依照脈沖產(chǎn)生器所輸入的脈沖來做到速度及位置的控制。 步進(jìn)電機(jī)的速度、位置控制 速度控制： 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會與輸入的脈沖速度成等比例的關(guān)系，所以在脈沖的速度愈快時，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會跟著加快；脈波速度愈慢時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速自然也跟著變慢。 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度（RPM）與

40、脈沖速度（PPS，又稱Hz）間的關(guān)系式如下： 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度（RPM） 脈沖速度（PPS或 Hz） 60 步進(jìn)電機(jī)分割數(shù)/圈 說明： 1.RPM為一般電機(jī)的速度單位，即 rev / min，為每分鐘電機(jī)所轉(zhuǎn)的圈數(shù)；PPS為步進(jìn)、伺服電機(jī)的速 度單位，即pulse per second，為每秒所送出的脈沖數(shù)。 2.由于RPM與PPS的單位不同，所以于轉(zhuǎn)換的過程中要先將PPS的秒鐘乘以60變?yōu)榉昼?。 3.步進(jìn)電機(jī)分割數(shù)/圈，又代表要讓電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所必須送出的脈沖數(shù)。 4.上述公式拆解后之單位表示為 rev/min = pulse/sec 60 1/分割數(shù) 實(shí)例：五相半步級角0.36時（即1000分

41、割/圈） （1）電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度600RPM時，即相當(dāng)于脈沖速度10000PPS。 （2）脈沖速度3000PPS，即相當(dāng)于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度180RPM。位置控制： 步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器（SENSOR），就可依照輸入的脈沖數(shù)決定移動量，并將負(fù)載順利、正確的送達(dá)指定位置點(diǎn)上。而移動量的大小，是依照電機(jī)分辨率的大小與輸入的脈沖數(shù)來決定。脈沖數(shù)（PULSE）與移動量間的關(guān)系式如下： 位置移動量（ ） 步進(jìn)電機(jī)分辨率（ ） 輸入脈沖數(shù) 實(shí)例：二相全步級角1.8時 當(dāng)輸入1000個脈沖數(shù)（即1000PULSE），此時之移動量會是1800，剛好為5圈。第7章 步進(jìn)電機(jī)的工作原理該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采

42、用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四

43、拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精?；贏T89C2051的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)電路。AT89C2051將控制脈沖從P1口的P1.4-P1.7輸出，經(jīng)74LS14反相后進(jìn)入9014，經(jīng)9014放大后控制光電開關(guān)，光電隔離后，由功率管TIP122將脈沖信號進(jìn)行電壓和電流放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的各相繞組。使步進(jìn)電機(jī)隨著不同的脈沖信號分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動作。L1為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組。AT89C2051選用頻率22MHz的晶振，選用較高晶振的目的是為了

44、在方式2下盡量減小AT89C2051對上位機(jī)脈沖信號周期的影響。RL1-RL4為繞組內(nèi)阻，50電阻是一外接電阻，起限流作用，也是一個改善回路時間常數(shù)的元件。D1-D4為續(xù)流二極管，使電機(jī)繞組產(chǎn)生的反電動勢通過續(xù)流二極管(D1-D4)而衰減掉，從而保護(hù)了功率管TIP122不受損壞。在50外接電阻上并聯(lián)一個200F電容，可以改善注入步進(jìn)電機(jī)繞組的電流脈沖前沿，提高了步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。與續(xù)流二極管串聯(lián)的200電阻可減小回路的放電時間常數(shù)，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下降時間變小，也起到提高高頻工作性能的作用。該驅(qū)動器根據(jù)撥碼開關(guān)KX、KY的不同組合有三種工作方式供選擇：方式1為中斷方式：P3.

45、5(INT1)為步進(jìn)脈沖輸入端，P3.7為正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端。上位機(jī)(PC機(jī)或單片機(jī))與驅(qū)動器僅以2條線相連。方式2為串行通訊方式：上位機(jī)(PC機(jī)或單片機(jī))將控制命令發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)控制命令自行完成有關(guān)控制過程。方式3為撥碼開關(guān)控制方式：通過K1K5的不同組合，直接控制步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)上電或按下復(fù)位鍵KR后，AT89C2051先檢測撥碼開關(guān)KX、KY的狀態(tài)，根據(jù)KX、KY 的不同組合，進(jìn)入不同的工作方式。在程序的編制中，要特別注意步進(jìn)電機(jī)在換向時的處理。為使步進(jìn)電機(jī)在換向時能平滑過渡，不至于產(chǎn)生錯步，應(yīng)在每一步中設(shè)置標(biāo)志位。其中20H單元的各位為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位;21H單元各位為反轉(zhuǎn)標(biāo)志位

46、。在正轉(zhuǎn)時，不僅給正轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值，也同時給反轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值;在反轉(zhuǎn)時也如此。這樣，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)換向時，就可以上一次的位置作為起點(diǎn)反向運(yùn)動，避免了電機(jī)換向時產(chǎn)生錯步。第8章 用單片機(jī)和CPLD實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移的伺服執(zhí)行器件。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、控制方便。8.1電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)為了使電機(jī)的控制簡便可靠,使用了電機(jī)專用控制芯片MC33033 ,該芯片是MOTORLA 公司生產(chǎn)的一種高性能直流電機(jī)控制器,可對步進(jìn)電機(jī)速度進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)控制,亦可分別對電機(jī)正反轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)速.MC33033 內(nèi)含三個集電極開路的頂部驅(qū)動器和為MOSFET驅(qū)動電源而設(shè)計(jì)的三個高電流推拉

47、式底部驅(qū)動器.控制以及正反轉(zhuǎn)的分別調(diào)速5 - 7 . MC33033 電機(jī)控制器的內(nèi)部電路由轉(zhuǎn)子位置譯碼器、基準(zhǔn)電壓源、振蕩器、誤差放大器、脈沖寬度調(diào)制器( PWM) 以及欠壓鎖定、過流限制、熱關(guān)斷和輸出驅(qū)動電路組成. 若在傳感器的輸入端(pin4 ,pin5 ,pin6) 加上某個輸入碼,如 100 ,則當(dāng)控制器的正轉(zhuǎn)/ 反轉(zhuǎn)引腳為邏輯1 時,輸入碼使輸出2 ,15 產(chǎn)生驅(qū)動,當(dāng)控制器的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)為邏輯0 時,輸入碼使輸出20 ,17 產(chǎn)生驅(qū)動. MC33033該芯片內(nèi)含轉(zhuǎn)子位置譯碼器，并可為傳感器工作提供帶有溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖蓟鶞?zhǔn)電壓。MC33033的另一個特點(diǎn)是內(nèi)含三個集電極開路的頂部驅(qū)動器和

48、為MOSFET驅(qū)動電源而設(shè)計(jì)的三個高電流推拉式底部驅(qū)動器，并具有電機(jī)過流檢測和保護(hù)功能。此外，MC33033還具有如下特點(diǎn)： (1) 具有1030V的寬電源電壓范圍； (2) 具有欠壓鎖定功能； (3) 可提供6.25V帶有溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓源； (4) 帶有為閉環(huán)控制提供的誤差放大器； (5) 與MC33033組合可控制三相橋式高電流驅(qū)動器； (6) 具有周期周期電流限制功能； (7) 具有熱開關(guān)斷功能； (8) 可在60/120或120/240的傳感器相位中任選；利用MC33033也可以設(shè)計(jì)出電機(jī)的速度控制電路。如果在傳感器的輸入端加上某個輸入碼，如100，則當(dāng)控制器的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)引腳為邏輯1

49、時，輸入碼使左上角Q和右下角Q產(chǎn)生驅(qū)動;當(dāng)控制器的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)為邏輯0時，輸入碼使右上角Q和左下角Q產(chǎn)生驅(qū)動。在通常情況下，控制器在PWM頻率為25kHz時就能正常工作，電機(jī)速度的控制可以通過調(diào)節(jié)誤差放大器的同相輸入電壓來實(shí)現(xiàn)，同時它也為PWM提供基準(zhǔn)和限幅電平。周期電流限制(3A電機(jī)電流)是由電阻R到地之間的100mV門限電壓來完成的。過流保護(hù)電路能夠防止電機(jī)啟動和改變轉(zhuǎn)向時損壞器件，可以保證整個電路的安全46。 MC33033應(yīng)用到自動門的電機(jī)控制。將邏輯運(yùn)算電路得出的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)作為三個輸入信號，其中,優(yōu)先級高低順序是停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)(正常情況下三個信號中有且僅有一個有效)。正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信

50、號經(jīng)過邏輯門接入MC33033的3端，如果該端為高電平時，MC33033將使AT輸出高電平，開關(guān)Q1導(dǎo)通，同時CB端輸出PWM調(diào)制波形，開關(guān)Q4相應(yīng)地動作，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)并進(jìn)行速度調(diào)整；反之，MC33033將使AB輸出高電平，開關(guān)Q2導(dǎo)通，同時CT端輸出PWM調(diào)制波形，開關(guān)Q3相應(yīng)地動作，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)并進(jìn)行速度調(diào)整。低電平時，停止信號接入到MC33033的19端(使能端)，如果它為高電平時，芯片將停止正常工作，此時就能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的停轉(zhuǎn)。這就是電機(jī)部分如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止以及正反轉(zhuǎn)分別調(diào)速的原理。下面將具體分析電路是如何實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。當(dāng)電機(jī)控制部分被輸入正轉(zhuǎn)信號時，在MC33033芯片

51、的3端為高電平信號，U2A光電隔離不會導(dǎo)通，U2B光電隔離可以導(dǎo)通，此時L2發(fā)光二極管會發(fā)光，表示正轉(zhuǎn)，高電平將通過RP2、二級管D2進(jìn)入到MC33033的9端，其電壓可以通過滑動變阻器RP2來調(diào)整，而MC33033的9端是振蕩波，將會利用PWM原理對8與9進(jìn)行比較來控制Q4的輸出脈沖波形，從而調(diào)整電動機(jī)正轉(zhuǎn)時的端電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速。當(dāng)電機(jī)控制部分被輸入反轉(zhuǎn)信號時，MC33033芯片的3端是低電平信號，在經(jīng)過4011與非門后得出高電平，U2A光電隔離可以導(dǎo)通，U2B光電隔離不會導(dǎo)通，此時，L1發(fā)光二極管會發(fā)光，表示反轉(zhuǎn)，高電平將通過RP1、二級管D1進(jìn)入到MC33033的9端，其電壓可以通

52、過滑動變阻器RP2來調(diào)整，控制Q3的輸出脈沖，從而調(diào)整電動機(jī)反轉(zhuǎn)時的端電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)調(diào)速。通常的步進(jìn)電機(jī)控制方法是采用CPU(PC機(jī)、單片機(jī)等)配合專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制器來實(shí)現(xiàn)，這存在成本較高、各個環(huán)節(jié)搭配不便(不同類的電機(jī)必須要相應(yīng)的驅(qū)動控制器與之配對)等問題。 CPLD器件具有速度快、功耗低、保密性好、程序設(shè)計(jì)靈活、抗干擾能力強(qiáng)、與外圍電路接口方便等特點(diǎn)，越來越多的應(yīng)用于各種工控、測量、儀器儀表等方面。同時單片機(jī)非常適合應(yīng)用于需要復(fù)雜的控制算法的場合。因此本設(shè)計(jì)采用的方法是：用單片機(jī)采集現(xiàn)場信號后計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的控制信息后，再傳給CPLD，CPLD把接收到的信息轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)

53、實(shí)際的控制信號(運(yùn)轉(zhuǎn)方向、運(yùn)轉(zhuǎn)速度)輸出給電機(jī)的驅(qū)動電路。這樣的好處是單片機(jī)與CPLD各行其是。單片機(jī)可以專注于處理輸入信號與輸出信息之間的轉(zhuǎn)換等復(fù)雜的算法.不必占用過多的CPU資源去直接控制電機(jī)，也減小了由此引入干擾的可能性;CPLD只需把單片機(jī)傳送過來的信息轉(zhuǎn)換成電機(jī)的控制信號。這樣就發(fā)揮了單片機(jī)和CPLD兩者的優(yōu)點(diǎn)。通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成

54、正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。我們使用的單極四相步進(jìn)電機(jī)為例。其結(jié)構(gòu)如圖：四個繞組引出四相(相A1相A2相B1相B2)和兩個公共線(接到電源的正機(jī))。把繞組的某一相接到電源的地線。這樣該繞組就會受到激勵。我們采用四相八拍的控制方式，即1相與2相交替導(dǎo)通，這樣可提高分辨率。若要求電機(jī)反轉(zhuǎn)，將勵磁信號倒過來傳送即可。8.2步進(jìn)電機(jī)控制方案控制系統(tǒng)的框圖如下：本方案采用AT89S51作為主控制器件。它與AT89C51兼容，同時還增加了SPI接口和看門狗模塊，這不但使程序調(diào)試變得方便而且也使程序運(yùn)行更加穩(wěn)定。在方案