51單片機的三維平臺控制方案

1、基于 52 單片機的三維平臺控制技術(shù)方案目錄1系統(tǒng)總體設(shè)計思路22系統(tǒng)硬件部分具體實現(xiàn)22.1 主控制模塊的設(shè)計與實現(xiàn)22.2 驅(qū)動電路的設(shè)計與實現(xiàn)62.3 顯示電路的設(shè)計與實現(xiàn)92.4 鍵盤電路的設(shè)計與實現(xiàn)102.5 測速模塊的設(shè)計與實現(xiàn)112.6 限位反饋電路的設(shè)計與實現(xiàn)123. 系統(tǒng)軟件部分具體實現(xiàn)12附錄15附錄 1 ：源代碼15附錄 2 ：單片機控制板原理圖34附錄 3 ： THB7128驅(qū)動板原理圖35附錄 4 ：單片機控制板元件清單36附錄 5 ： THB7128驅(qū)動板元件清單371系統(tǒng)總體設(shè)計思路本系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機對三維平臺上三個步進電機進行控制，初步實現(xiàn)的功

2、能有：系統(tǒng)啟動與停止控制，三軸聯(lián)動，三軸的加、減速控制，三軸正、反轉(zhuǎn)控制， X 軸的啟動與停止控制、 X 軸與 Y軸的限位控制、 三軸的轉(zhuǎn)速檢測與顯示，最高 1/128電流細分等功能，其系統(tǒng)框圖如圖1.1 所示：+5V DC+12V DC顯示電路THB7128M光電編碼器X軸步進電機矩陣鍵盤STC89C52THB7128M光電編碼器單片機Y軸步進電機晶振電路復位電路THB7128M光電編碼器Z軸步進電機圖 1.1三維平臺步進電機控制系統(tǒng)框圖2系統(tǒng)硬件部分具體實現(xiàn)2.1 主控制模塊的設(shè)計與實現(xiàn)本設(shè)計選用 STC89C52 單片機作為主控制模塊。STC89C52 單片機是一種低功耗、高性能 CMO

3、S 8 位微控制器，具有 8K 可編程 Flash 存儲器， 256 字節(jié)RAM ，32 位I/O 口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針， 3 個16 位定時器 / 計數(shù)器，全雙工串行口。STC89C52 單片機作為主控芯片，在本設(shè)計中主要實現(xiàn)以下幾個工作：(1)接收矩陣鍵盤輸入的控制信號；(2)輸出 PWM 脈沖控制三軸步進電機工作，包括輸出PWM 脈沖信號和方向信號；(3)處理給定轉(zhuǎn)速信號和測速反饋轉(zhuǎn)速信號；(4)在八個八段數(shù)碼管上顯示電機的給定轉(zhuǎn)速和實時轉(zhuǎn)速；(5)接收限位反饋并做邏輯判斷；主控制器的引腳分配表如表1.1 所示：I/0 口引腳號對應(yīng)元件功能輸入/ 輸出P0.0 P0.739

4、 32SB1 SB12矩陣鍵盤輸入輸入（上拉電阻）P1.0 P1.21 374HC1383-8 譯碼器控制信號輸出P1.34THB7128X 軸方向信號輸出P1.45THB7128Y 軸方向信號輸出P1.56THB7128Z 軸方向信號輸出P1.67限位開關(guān) X_1限位信號輸入P1.78限位開關(guān) X_2限位信號輸入P3.010限位開關(guān) Y_1限位信號輸入P3.111限位開關(guān) Y_2限位信號輸入P3.515THB7128X 軸脈沖輸出輸出P3.616THB7128Y 軸脈沖輸出輸出P3.717THB7128Z 軸脈沖輸出輸出P2.0 P2.721 28八個八段數(shù)碼管數(shù)碼管段選信號輸出XTAL1

5、XTAL219 18晶振電路時鐘信號輸入RST9復位電路復位信號輸入P3.2(INT0)12X軸光電編碼器轉(zhuǎn)速信號輸入P3.3(INT1)13Y軸光電編碼器轉(zhuǎn)速信號輸入P3.414Z軸光電編碼器轉(zhuǎn)速信號輸入主控制器原理圖，如圖所示：圖主控制器原理圖2.2 驅(qū)動電路的設(shè)計與實現(xiàn)驅(qū)動電路采用 THB712 步進電機驅(qū)動芯片對三位平臺上的三個步進電機進行驅(qū)動。 THB7128是一款專業(yè)的兩相步進電機驅(qū)動芯片，它部集成了細分、電流調(diào)節(jié)、 CMOS 功率放大等電路，配合外圍電路可實現(xiàn)高性能、多細分、大電流的驅(qū)動電路。其主要參數(shù)和性能指標如下：單芯片兩相細分步進電機驅(qū)動；直接采用單脈沖和方向信號譯碼控制模

6、式；雙全橋 MOSFET 驅(qū)動，低導通電阻 Ron0.53；可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制；通過 3位選擇 8 檔細分控制(1,1/2,1/4,1/8,1/16,1/32,1/64,1/128)；最高耐壓 40V DC ；高輸出電流 I out3.3A ；HZIP19 封裝；有復位和使能管腳；芯片部有過熱保 (TSD) 和過流檢測電路。驅(qū)動電路原理圖如圖所示：2FREFRE-270R1421U4U/DU/D-270R1321U3321S1CP-CP456270R9R1M310KVCC4321M210KR2U210KR36N137M1234P52134EN1K R16VCCD2IN5819C7100UF/50

7、V104C63K6R18P521341KVCCC5R15471CWWVM3U5VinLM3175678R4VCC471C3CLK2K7VCCR83K35KR7VREF104C11C4100pVREFEN423519OSC1CLKCWWM3 M2M1OSC1VREFCLKENABLECW/CWW341ADJ+Vout2R171K25104C9File:BSizeTitleDate:VCCC82-JunNum220UF/50V-2011berD1R5LED3K3G:THB7128.DDBSheet654321654321ofDrawn By:6J2J1FRECPVMU/DCP-FRE-U/D-GN

8、DRevisionOUTIAOUT2BOUT1BOUT2AAB圖16M117VCCM218M3GND1SGNDVM6PGND10NFANFBOUT1AOUT2AOUT1BOUT2B128131197THB7128NFANFBOUTIAOUT1BOUT2BOUT2AR110.2 / 1%R120.2 /1%10KR1910KR2010KR2110KR22C驅(qū)動電路原理圖104C115VCC14VM104C2U1D56驅(qū)動器細分設(shè)定（ M1 、M2 、 M3 ）如表所示。表2.2.1驅(qū)動器細分設(shè)定M1M2M3細分數(shù)LLL1HLL1/2LHL1/4HHL1/8LLH1/16HLH1/32LHH1/6

9、4HHH1/1282.3 顯示電路的設(shè)計與實現(xiàn)本設(shè)計采用八個八段數(shù)碼管實現(xiàn)轉(zhuǎn)速顯示功能，其中高4 位數(shù)碼管為給定轉(zhuǎn)速顯示，通過編程實現(xiàn)X 、 Y、 Z 三軸轉(zhuǎn)速循環(huán)顯示，低4 位數(shù)碼管為測速反饋的轉(zhuǎn)速顯示，顯示方式同高4 位。STC89C52單片機部采用查表法對轉(zhuǎn)速信號進行數(shù)值處理，通過P2.0 P2.7 口輸出段選信號，通過P1.0 P1.2 輸出 3 路位選信號到74HC138中，通過3-8 譯碼器對八個八段數(shù)碼管進行選擇。具體顯示模塊的硬件電路如圖所示：圖顯示模塊的硬件電路2.4 鍵盤電路的設(shè)計與實現(xiàn)本設(shè)計中的鍵盤電路采用“4*4 ” 矩陣鍵盤，采用鍵盤掃描的方式對按鍵信號進行捕獲，并輸

10、入到 STC89C52 單片機的 P0口中。具體鍵盤功能如表所示。 表矩陣鍵盤功能L1L2L3L4H4系統(tǒng)啟動系統(tǒng)停止X 軸啟動X 軸停止H3X 軸加速X 軸減速X 軸減速X 軸減速H2Y 軸加速Y軸減速Y軸減速Y 軸減速H1Z 軸加速Z軸減速Z軸減速Z 軸減速2.5 測速模塊的設(shè)計與實現(xiàn)本設(shè)計采用 E6B2-CWZ6C光電編碼器對三軸步進電機的轉(zhuǎn)速進行實時檢測，并反饋到單片機中用作轉(zhuǎn)速的實時顯示。E6B2-CWZ6C光電編碼器有以下特點：對應(yīng)電源電壓 DC 5 24V ；外徑40 具備 2000P/R的分辨率；具備使 Z相對簡單化的原點位置顯示功能；實現(xiàn)軸負重、徑向 30N 、推力相 20N

11、 ；附有逆接、負荷短路保護回路，改善了可靠性。E6B2-CWZ6C的輸出方式為 NPN 集電極開路輸出方式，共有紅、白、橙三路轉(zhuǎn)速信號輸出，本設(shè)計中只采用其一路測速信號輸入到單片機的外部中斷口或T1 計數(shù)器外部脈沖輸入端進行轉(zhuǎn)速檢測。E6B2-CWZ6C部結(jié)構(gòu)如圖 所示：圖部結(jié)構(gòu)2.6 限位反饋電路的設(shè)計與實現(xiàn)限位開關(guān)工作原理是，當三維平臺沒有接近限位開關(guān)時，限位開關(guān)輸出為高電平；當三維平臺接近限位開關(guān)時，限位開關(guān)輸出為低電平；利用單片機I/O 口去捕獲限位開關(guān)輸出電平， 當限位開關(guān)輸出為低電平時，控制電機方向信號， 使電機反轉(zhuǎn)。本設(shè)計中限位開關(guān)是采用LJ8A3-1-Z型，實物如圖 所示。圖限

12、位開關(guān)實物圖3. 系統(tǒng)軟件部分具體實現(xiàn)STC89C52 單片機部共有三個定時器/ 計數(shù)器資源分別是 T0 、T1 、T2 ，兩個外部中斷輸入口 INT0 和INT1 ，本設(shè)計中單片機的部資源分配如表3.1 所示。表3.1單片機部資源分配：部資源工作模式功 能T016 位計數(shù)器接收 X 軸脈沖輸入T116 位定時器記50ms 時間作為轉(zhuǎn)速計算的參考T216 位定時器輸出可調(diào) PWM 脈沖信號INTO外部中斷接收 Y軸脈沖輸入INT1外部中斷接收 Z 軸脈沖輸入系統(tǒng)工作程序流程圖如圖3.1 所示：掃描鍵盤判斷啟動鍵還是停止鍵按下啟動鍵按下執(zhí)行 init()輸出 PWM脈沖更新 I/O 輸出三軸方向

13、信號初始化定時器 T0工作模式設(shè)置和初值設(shè)置定時器 T1工作模式設(shè)置和初值設(shè)置定時器 T2工作模式設(shè)置和初值設(shè)置開中斷顯示初始化圖 3.1系統(tǒng)工作程序流程圖轉(zhuǎn)速檢測模塊程序流程圖如圖3.2 所示：INT0 中斷INT1 中斷計數(shù)器 T0中斷collect_x+collect_y+collect_y+查表并顯示查表并顯示查表并顯示圖 3.2轉(zhuǎn)速檢測模塊程序流程圖限位檢測模塊程序流程圖如圖3.3 所示 :限位 X_1判斷1限位 Y_1判斷100fx =fx_xfx =fx_yX軸方向信號輸出X軸方向信號輸出11限位 X_2判斷限位 Y_2判斷00fx =fx_xfx =fx_yX軸方向信號輸出X軸

14、方向信號輸出圖 3.3限位檢測模塊程序流程圖附錄附錄 1 ：源代碼#include<reg52.h>#include <intrins.h>/*I/O口分配 */sbit cp_x=P35;/ 驅(qū)動脈沖信號輸出 xsbit cp_y=P36;/ 驅(qū)動脈沖信號輸出 ysbit cp_z=P37;/ 驅(qū)動脈沖信號輸出 zsbit fx_x=P13;/x軸方向信號sbit fx_y=P14;/y軸方向信號sbit fx_z=P15;/z軸方向信號sbit x_xianwei1=P16;/x軸限位sbit x_xianwei2=P17;/x軸限位sbit y_xianwei1=

15、P30;/y軸限位sbit y_xianwei2=P31;/y軸限位sbit LHJ_A = P10;/74HC138（3-8 ）譯碼器輸入控制信號線sbit LHJ_B = P11;sbit LHJ_C = P12;sfrT2MOD=0xC9;/T2定時器工作模式unsigned char x_speed=8,y_speed=8,z_speed=8;/給定 x,y,z 三軸初始化轉(zhuǎn)速unsigned char count_x=0,count_y=0,count_z=0;/ 記錄三軸給定脈沖數(shù)變量unsigned int collect_x=0,collect_y=0,collect_z=0;

16、/ 三軸測速脈沖數(shù)存儲變量unsigned char t1_flag=0,t2_flag=0,t3_flag=0,t4_flag=0;/ 定時器 T110ms 標志位unsigned int x_tmpdate8=0,0,0,0,0,0,0,0;/定義數(shù)組變量unsigned int y_tmpdate8=0,0,0,0,0,0,0,0;unsigned int z_tmpdate8=0,0,0,0,0,0,0,0;code unsigned char table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,

17、0x5e,0x79,0x71;/ 共陰數(shù)碼管 0-9 a-f 表/*數(shù)碼管位選 */#defineSMG_1LHJ_C=0;LHJ_B=0;LHJ_A=0/ 譯碼器的輸入腳，全 0選擇第一位數(shù)碼管。#defineSMG_2LHJ_C=0;LHJ_B=0;LHJ_A=1/ 譯碼器的輸入腳， 001 選擇第二位數(shù)碼管。#defineSMG_3#defineSMG_4#defineSMG_5#defineSMG_6#defineSMG_7#defineSMG_8LHJ_C=0;LHJ_B=1;LHJ_A=0LHJ_C=0;LHJ_B=1;LHJ_A=1LHJ_C=1;LHJ_B=0;LHJ_A=0L

18、HJ_C=1;LHJ_B=0;LHJ_A=1LHJ_C=1;LHJ_B=1;LHJ_A=0LHJ_C=1;LHJ_B=1;LHJ_A=1void keyscan(void);/掃描鍵盤void delay(void)/延時子函數(shù)， 5個空指令_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();void init()fx_x=1;fx_y=1;fx_z=1;TL1=(65536-50000)%256;TH1=(65536-50000)/256;TL0=(65536-1)%256;TH0=(65536-1)/256;TMOD=0x15;T2MOD=0x00;T2CON=

19、0x00;IP=0x20;/ 外部中斷 0 和外部中斷 1設(shè)置優(yōu)先級IT0=1;/ 外部中斷 0 為下降沿觸發(fā)IT1=1;/ 外部中斷 1 為下降沿觸發(fā)EX0=1;/ 開外部中斷 0EX1=1;/ 開外部中斷 1TR0=1;/ 開計數(shù)器 1, 準備測速ET0=1;TR1=1;/ 開定時器 1 ，記 50msET1=1;TL2=(65536-1000)%256;TH2=(65536-1000)/256;x_tmpdate0=0xf6;y_tmpdate0=0xe6;z_tmpdate0=0xdb;/x_tmpdate4=0xf6;/ 第五個數(shù)碼管顯示/ y_tmpdate4=0xe6;/ z_t

20、mpdate4=0xdb;void display(unsigned int *lp)/顯示P2=0;/端口 2為輸出SMG_1;/第一位數(shù)碼管P2=lp0;/查表法得到要顯示數(shù)字的數(shù)碼段delay();/ 延時 5 個空指令P2=0;/清0 端口，準備顯示下位P2=0;/端口 2為輸出SMG_2;/ 第二位數(shù)碼管P2=tablelp1;/查表法得到要顯示數(shù)字的數(shù)碼段delay();/ 延時 5 個空指令P2=0;/清0 端口，準備顯示下位SMG_3;/第三位數(shù)碼管P2=tablelp2;/查表法得到要顯示數(shù)字的數(shù)碼段delay();/ 延時 5 個空指令P2=0;/清0 端口，準備顯示下位出

21、， 否則進位影響到第四位數(shù)據(jù)SMG_4;/第四位數(shù)碼管P2=tablelp3;/查表法得到要顯示數(shù)字的數(shù)碼段delay();P2=0;/ 延時 5 個空指令/P2=0;/ 清 0端口，準備顯示下位/端口 2為輸出/SMG_5;/第五位數(shù)碼管/P2=lp4;/查表法得到要顯示數(shù)字的數(shù)碼段/delay();/ 延時 5 個空指令/P2=0;/清0 端口，準備顯示下位P2=0;/端口 2為輸出SMG_6;/ 第六位數(shù)碼管P2=tablelp5;/查表法得到要顯示數(shù)字的數(shù)碼段delay();/ 延時 5 個空指令P2=0;/清0 端口，準備顯示下位SMG_7;/第七位數(shù)碼管P2=tablelp6;/查

22、表法得到要顯示數(shù)字的數(shù)碼段delay();/ 延時 5 個空指令P2=0;/清0 端口，準備顯示下位出SMG_8;/第八位數(shù)碼管P2=tablelp7;/查表法得到要顯示數(shù)字的數(shù)碼段delay();/ 延時 5 個空指令P2=0;/清0端口void main()init();while(1)if(x_xianwei1=0)fx_x=fx_x;while(x_xianwei1=0);if(x_xianwei2=0)fx_x=fx_x;while(x_xianwei2=0);if(y_xianwei1=0)fx_y=fx_y;while(y_xianwei1=0);if(y_xianwei2=0)

23、/ 限位開關(guān)控制fx_y=fx_y;while(y_xianwei2=0);/ if(y_xianwei=0)/fx_y=fx_y;/ if(z_xianwei=0)/fx_z=fx_z;/* 給定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù) */x_tmpdate1=15/10/x_speed;/百位x_tmpdate0=60000000/1000(T2初值 )/200/x_speed/2/100x_tmpdate2=15/1/x_speed/1%10;/十位x_tmpdate1=60000000/1000/200/x_speed/2/10%10x_tmpdate3=150/1/x_speed%10;/ 個位x_tmpdate

24、2=60000000/1000/200/x_speed/2%10y_tmpdate1=15/10/y_speed/1;/ 百位y_tmpdate2=15/1/y_speed/1%10;/十位y_tmpdate3=150/1/y_speed%10;/ 個位z_tmpdate1=15/10/z_speed/1;/ 百位z_tmpdate2=15/1/z_speed/1%10;/十位z_tmpdate3=150/1/z_speed%10;/ 個位keyscan();/掃描鍵盤if(t2_flag=1)/ 當1s 時間到達時t2_flag=0;/ 標志位置0/*分辨率 360時測定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)*/x_tm

25、pdate5=1*collect_x/6/100; 60*collect_x/360/100;/百位x_tmpdate6=1*collect_x/6/10%10;/十位x_tmpdate7=1*collect_x/6%10;/ 個位y_tmpdate5=1*collect_y/6/100;/百位y_tmpdate6=1*collect_y/6/10%10;/十位y_tmpdate7=1*collect_y/6%10;/ 個位z_tmpdate5=1*collect_z/6/100;/百位z_tmpdate6=1*collect_z/6/10%10;/十位z_tmpdate7=1*collect

26、_z/6%10;/ 個位/*if(x_speed>4)x_tmpdate5=x_tmpdate5/2;x_tmpdate6=x_tmpdate6/2;x_tmpdate7=x_tmpdate7/2;*/* 計數(shù)變量置位 */collect_x=0;collect_y=0;collect_z=0;if(t4_flag=1)display(x_tmpdate);if(t4_flag=2)display(y_tmpdate);if(t4_flag=3)display(z_tmpdate);void keyscan()/讀鍵盤值unsigned char k,k_temp;k=0xfe;doP0

27、=k;k_temp=P0;if(k!=k_temp)switch(k_temp)case0x7e:EA=1;TR2=1;ET2=1;x_speed=8,y_speed=8,z_speed=8;fx_x=1;fx_y=1;fx_z=1; break;/ 啟動case0x7d:EA=0;TR2=0;ET2=0;x_speed=200;y_speed=200,z_speed=200;break; /停止case 0x7b:x_speed=200; break;/x停止case 0x77:x_speed=8; break;/x啟動case 0xbe:/x軸加速while(P0=0xbe);if(x_s

28、peed>1)x_speed=x_speed/2;break;break;case 0xbd:while(P0=0xbd);if(x_speed<64)x_speed=x_speed*2;break;break;/x軸減速case 0xbb: fx_x=1;break;/x軸正向case 0xb7: fx_x=0;break;/x軸反向case 0xde:/y軸加速while(P0=0xde);if(y_speed>1)y_speed=y_speed/2;break;break;case 0xdd:while(P0=0xdd);if(y_speed<64)y_speed

29、=y_speed*2;break;break;/y軸減速case 0xdb: fx_y=1;break;/y軸正向case 0xd7: fx_y=0;break;/y軸反向case 0xee:/z 軸加速while(P0=0xee);if(z_speed>1)z_speed=z_speed/2;break;break;case 0xed: while(P0=0xed);if(z_speed<64)z_speed=z_speed*2;break;break;/z軸減速case 0xeb: fx_z=1;break;/z軸正向case 0xe7: fx_z=0;break;/z軸反向default:break;k=_crol_(k,1);while(k!=0xef);void T2ISR(void) interrupt 5/T2定時器，輸出驅(qū)動脈沖TF2=0;TL2=(65536-1000)%256;TH2=(65536-1000)/256;count_x+;count_y+;count_z+;if(count_x>64)count_x=0;if(count_y>64)count_y