單片機(jī)控制伺服電機(jī)

1、基于DSP的多伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者姓名：閆瑞劉呈坤 戚龍欣 邊俊霞 指導(dǎo)老師：馬鳳英目錄摘要1第一章緒論21.1 課題研究的目的和意義21.2 國內(nèi)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢21.3 伺服電機(jī)發(fā)展歷史32.2 伺服電機(jī)工作理4第二章伺服電機(jī)控制硬件設(shè)計(jì)52.3 AT89C51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)52.4 鐘電路設(shè)計(jì)82.5 復(fù)位電路設(shè)計(jì)92.6 顯示電路設(shè)計(jì)92.7 按鍵電路設(shè)計(jì)112.8 控制伺服電機(jī)電路設(shè)計(jì)12第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)143.1 總體設(shè)計(jì)思想143.2 主程序設(shè)計(jì)16程序清單17 參考文獻(xiàn)19半個(gè)世紀(jì)來，直流伺服控制系統(tǒng)己經(jīng)在精密數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人 等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著伺服

2、電動(dòng)機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制 技術(shù)的發(fā)展，使得伺服控制系統(tǒng)朝著控制電路數(shù)字化和功率器件的模塊化的方 向發(fā)展。b5E2RGbCAP本文介紹了微機(jī)直流伺服系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。硬件設(shè)計(jì)主要包括 總體方案設(shè)計(jì)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和測量電路設(shè)計(jì)。軟件編 制采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，主要包括主程序設(shè)計(jì)及數(shù)字控制算法程序的設(shè)計(jì)。 plEanqFDPw通過系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，完成了系統(tǒng)的基本要求，系統(tǒng)可以穩(wěn)定的運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)單片機(jī)AbstractFor a half of century, the DC servo control system has been widely u

3、sed in the NC machine tool, machining center, and robot ，etc. With the technical development of servo motor, electronices power and computer controJ the servo control system is making towards digitized and modular designDXDiTa9E3dThis paper introduces the hardware software design plan of DC servo co

4、ntrol system on microcomputer.The hardware designed includes mainly: the total project design, single-chip computer application system design drive circuit design and measure circuit design. The software a dots modular design includes primarily the main procedure design and increases the design of t

5、he deal type arithmetic figure PID calculation way procedureRTCrpUDGiTThrough the integral design of the system, the completion of the basic requirements of the system, the system can stable operati5PCzVD7HxAKeywords: servo systemmicrocontroller第一章緒論1.1 課題研究的目的和意義近年來隨著物流倉儲設(shè)備的快速發(fā)展，有很多物流倉儲設(shè)備都選用多功能 工業(yè)門

6、機(jī)作為大宗貨物進(jìn)出倉庫的閥門。工業(yè)門機(jī)具有快速、全自動(dòng)、安全、 可靠、多功能等多種優(yōu)點(diǎn)，可以高效便捷的使貨物進(jìn)出倉庫，保證倉庫內(nèi)的環(huán) 境清潔和安全，成為先進(jìn)物流倉儲設(shè)備的重要組成部分。伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是80年代國際上崛起的高性能產(chǎn)品，具有良好的控制性能和較高的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，并以 調(diào)速范圍廣、穩(wěn)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好、使用簡便等優(yōu)越性能，迅速成為 伺服系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢.因此研究具有必要性。jLBHrnAILg伺服系統(tǒng)也稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種，它是用來控制被控 對象的轉(zhuǎn)角或位移，使其能自動(dòng)的、連續(xù)的、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī) 律，它通常具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，有的場合也可以用開環(huán)

7、控制系統(tǒng)來實(shí) 現(xiàn)其功能，伺服系統(tǒng)在電機(jī)設(shè)備中具有很重要的地位，高性能的伺服系統(tǒng)可以 提供靈活、方便、準(zhǔn)確、快速的驅(qū)動(dòng)。xHAQX74J0X位置伺服系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)部門，例如機(jī)床加工行業(yè)、 冶金加工、機(jī)器人或機(jī)械手的控制、火炮群跟蹤雷達(dá)和陀螺儀慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 等，都涉及到了位置定位和軌跡跟蹤，因此位置伺服技術(shù)的高低，將直接影響 我們國家的工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平。LDAYtRyKfE位置伺服系統(tǒng)是通過控制器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制理論的各種控制算法，通過執(zhí) 行機(jī)構(gòu)電力電子功率變換裝置實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制，來達(dá)到位置伺服的目的。其 中控制器可以說是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。 有

8、些伺服系統(tǒng)的控制器主要由模擬控制器來實(shí)現(xiàn)的，但對于那些較復(fù)雜控制算 法，單靠硬件電路來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制相對比較困難。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā) 展，研發(fā)出各種高性能數(shù)字信號處理器，具運(yùn)算能力強(qiáng)而且具有豐富的外部接 口。將數(shù)字信號處理器應(yīng)用在位置伺服系統(tǒng)，構(gòu)成數(shù)字位置伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng) 就可以通過軟件編程的方式完成各種簡單或復(fù)雜的傳動(dòng)控制算法，通過外部接 口實(shí)現(xiàn)與電力電子功率變換裝置的連接，最終實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制，這樣既可以 提高系統(tǒng)的靈活性的也可以減小系統(tǒng)的體積。Zzz6ZB2Ltk1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢我國在20世紀(jì)80年代初期通過引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)，又在國 家七五”、八五"、九

9、五”期間對伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行重大科技工程攻關(guān)取得了很大成果。但由于產(chǎn)品可靠性等方面的原因，制約著我國數(shù)控機(jī)床的配套及應(yīng) 用，從而影響我國裝備制造業(yè)的發(fā)展。一些機(jī)床廠家也不得不選用國外的伺服 系統(tǒng)，使得國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在價(jià)格、交貨期、可靠性等方面均不占優(yōu)勢，更無心 力開發(fā)市場需求的新品種，從而失去巨大的市場份額。從公開的統(tǒng)計(jì)資料來 看，CNC系統(tǒng)中75%以上的故障出自伺服部分。然而，近年來在國家不斷組織 科技攻關(guān)的同時(shí)，一些民營高科技公司也為發(fā)展我國伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)注入了新的 活力 o dvzfvkwMII1.3 伺服電機(jī)發(fā)展歷史自從德國MANNESMANN 的RexrothR公司的Indramat分部在

10、1978年漢 諾威貿(mào)易博覽會上正式推出MAC永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這標(biāo)志著 此種新一代交流伺服技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段。到20世紀(jì)80年代中后期，各公司都已有完整的系列產(chǎn)品。整個(gè)伺服裝置市場都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬 系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全 滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數(shù)字信號處理器 DSP）的應(yīng) 用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進(jìn)行，分別稱為鏘朧只瘞或 拎旌鮮區(qū)谷、摘只瘞的永磁交流伺服系統(tǒng)。到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大 多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù) 字位置伺服系統(tǒng)。典型

11、生產(chǎn)廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安 川等公司。rqyn14ZNXI日本安川電機(jī)制作所推出的小型交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，其中 D系列適 用于數(shù)控機(jī)床 最高轉(zhuǎn)速為1000r/min,力矩為0.252.8N.m） , R系列適用于 機(jī)器人 最高轉(zhuǎn)速為3000r/min,力矩為0.0160.16N.m）。之后又推出 M、 F、S、H、C、G六個(gè)系列。20世紀(jì)90年代先后推出了新的D系列和R系列。 由舊系列矩形波驅(qū)動(dòng)、8051單片機(jī)控制改為正弦波驅(qū)動(dòng)、80C、154CPU和門陣 列芯片控制，力矩波動(dòng)由24%降低到7%,并提高了可靠性。這樣，只用了幾 年時(shí)間形成了八個(gè)系列 功率范圍為0.05

12、6kW）較完整的體系，滿足了工作機(jī) 械、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)械人、裝配機(jī)器人、電子部件、加工機(jī)械、印刷機(jī)、高 速卷繞機(jī)、繞線機(jī)等的不同需要。EmxvxOtOco以生產(chǎn)機(jī)床數(shù)控裝置而著名的日本法那克 Fanuc）公司,在20世紀(jì)80年 代中期也推出了 S系列13個(gè)規(guī)格）和L系列5個(gè)規(guī)格）的永磁交流伺服電動(dòng) 機(jī)。L系列有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械時(shí)間常數(shù)，適用于要求特別快速響應(yīng)的位 置伺服系統(tǒng)。SixE2yXPq5德國西門子SiemenS）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn) 型和短型兩大類，共8個(gè)機(jī)座號98種規(guī)格。據(jù)稱該系列交流伺服電動(dòng)機(jī)與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)機(jī)IHU系列相比，重量只有后

13、者的1/2,配套的晶體 管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6SC61系歹I，最多的可供6個(gè)軸的電動(dòng)機(jī)控制。6ewMyirQFL美國A-BALLEN-BRADLEY ）公司驅(qū)動(dòng)分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流 伺服電動(dòng)機(jī)和1391型交流PWM伺服控制器。電動(dòng)機(jī)包括3個(gè)機(jī)座號共30個(gè) 規(guī)格。kavU42VRUs現(xiàn)在常采用Powerrate）這一綜合指標(biāo)作為伺服電動(dòng)機(jī)的品質(zhì)因數(shù)，衡量對 比各種交直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。功率變化率表示電動(dòng) 機(jī)連續(xù) 額定）力矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比。y6V3ALoS89按功率變化率進(jìn)行計(jì)算分析可知，永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)以美國I.D的Goldline系列為最佳，彳惠國S

14、iemens的IFT5系列次之。M2ub6vSTnP2.2伺服電機(jī)工作理伺服系統(tǒng)servomechanismj）是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo) 或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈脈沖來 定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到 1個(gè)脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對 應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)椋欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺 服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的 脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服 電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從 而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)

15、到 0.001mm。直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。 有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維 護(hù)，但維護(hù)不方便 換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于 對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。0YujCfmUCw無刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力 矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或 正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命， 可用于各種環(huán)境。eUts8ZQVRd交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都 用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大

16、的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度 低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。sQsAEJkW5T伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng) 器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定 于編碼器的精度 線數(shù)）。GMsIasNXkA交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些，因 為是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便 宜 0 TIrRGchYzg第二章伺服電機(jī)控制硬件設(shè)計(jì)2.1 AT89C51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)單片微型計(jì)

17、算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器，它最早是被用 在工業(yè)控制領(lǐng)域，最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè) 備當(dāng)中。在此設(shè)計(jì)方案中我們選擇 AT89C51。7EqZcWLZNXAT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASHY儲器的低電壓、高性能CMOS眇微處 理器，俗稱單片機(jī)。器件采用 ATME公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)， 兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器<CPU和Flash存儲 單元，功能強(qiáng)大AT89C5俾片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活 應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，它由以下功

18、能部件組成：lzq7IGf02E< 1)微處理器<CPU)< 2)數(shù)據(jù)存儲器<RAM )< 3)程序存儲器<ROM/EPROM )< 4) 4 個(gè) 8 位并行 I/O D<P0 口、P1 口、P2 口、P3 口)< 5) 1個(gè)串行口< 6) 2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器< 7)中斷系統(tǒng)< 8)特殊功能寄存器19 / 22圖3-1 AT89C51引腳圖XTALIXJAL2CPU（運(yùn)算器）（控制器）S 串行口數(shù)據(jù)存儲器RAM>8 AT89C5IALEv EATPSEN 但圖3-2 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖源引腳：電源引

19、腳接入單片機(jī)的工作電源。<1） 0 <40引腳）：接+5V電源。<2）回<20引腳）：接地。時(shí)鐘引腳：2個(gè)時(shí)鐘引腳XTALI XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成 了 1個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供了時(shí)鐘控制信號， 2個(gè)時(shí)鐘引腳也可外接獨(dú)立 的晶體振蕩器。zvpgeqJIhkI/O 口引腳：P0 口： P0 口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。 當(dāng)P0 口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù) 存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原 碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此

20、時(shí)P0外部必須接上拉電 阻o NrpoJac3v1P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接 收輸出4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為低八位地址接收。1nowfTG4KIP2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收， 輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由 于內(nèi)部上拉的緣故

21、。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器 進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉 優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 在FLASHY程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。fjnFLDa5ZoP3 : P3 口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個(gè) TTL門電流。當(dāng)P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流ILL）這是由于上拉的緣故 o tfnNhnE6e5P3 也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所

22、示:口線引腳第二功能P3.010RXD招行輸入口）P3.111TXD超行輸出口）P3.212小丁0外部中斷0）P3.313INT1外部中斷1）P3.414T0定時(shí)器0外部輸入）P3.515T1定時(shí)器1外部輸入）P3.616WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）P3.717RD，卜部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）表3-1 P3 口第二功能功能表P3 口還接受一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST弓I腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電 平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/ PROG非：當(dāng)訪問外部程序存儲器時(shí)，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的 低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時(shí)

23、鐘振蕩頻率的1/6輸出固定 的正脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪 問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè) ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳 還用于輸入編程脈沖PROG非）。HbmVN777sL如有必要，可通過對特殊功能寄存器 SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置 位，可禁止ALE操作，該位置位后，只有一條 MOVX和MOVC指令A(yù)LE才 會被激活。止匕外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。V7l4jRB8Hs日：程序儲存允許 曰）輸出是外部程序存儲器的讀選信號，當(dāng) AT89C51由外部程序存儲器取指令 或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次

24、 PSEN非 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的 PSEN非信號不出現(xiàn)。831CPA59W9國/國：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器 地址為 0000HFFFFH） , EA端必須得保持低電平 接地）。需注意的是：如果加 密位LBI被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。mZkklkzaaP如EA端為高電平 接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 Flash存儲器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當(dāng)然這必須是該 器件是使用12V編程電壓Vpp。AVktR43bpwXTAL1 :振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTA

25、L2 :振蕩器反相放大器的輸出端。2.2 鐘電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，電容中 可和臼典型值通常選擇為30pF左右， 晶振的振蕩頻率的范圍通常在1.212MHz之可。晶振的頻率越圖，則系統(tǒng)的時(shí) 鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。因此我選擇12MHZ。ORjBnOwcEd圖3-3時(shí)鐘電路2.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)AT89s52的復(fù)位是由外部的電路來實(shí)現(xiàn)的，在此我選擇自動(dòng)上電復(fù)位電 路。自動(dòng)上電復(fù)位電路是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電源接通 時(shí)，只要0的上升時(shí)間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位2MiJTy0dTT圖3-4復(fù)位電路2.4 顯示電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，要用相應(yīng)的

26、顯示器，常用的有 LED和LCD兩種， 這兩種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便。近年來也開始配置簡 易的CRT接口，可以方便的進(jìn)行圖形顯示。在本系統(tǒng)中，采用價(jià)格低廉，接口 電路靈活的LED顯示器，下面先介紹一下LED顯示器。gliSpiue7ALED是發(fā)光二極管英文的縮寫。LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，LED 顯示器在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍。uEh0U1YfmhLED顯示器有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種顯示方式。1. LED靜態(tài)顯小方式LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極或共陽極連接在一起并 接地；每位的段碼線分別與1個(gè)8位的鎖存器輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯 示，是因?yàn)楦鱾€(gè)

27、LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器鎖存的段碼輸出將維持 不變，直接送入另一個(gè)字符的段碼為止。正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示器的亮度都較 高。IAg9qLsgBX2. LED動(dòng)態(tài)顯示方式在多位LED顯示時(shí)，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián) 在一起，由1個(gè)8位I/O 口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，而各位的共陽極或 共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，形成各位的分時(shí)選通。若要各位LED能夠同時(shí)顯示出于本位相應(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)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同 時(shí)，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符的段碼。這樣，在同一時(shí)刻， 4位LED

28、 中只有選通的那一位顯示出字符，而其他 3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)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)， 在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同時(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。WwghWvVhPE根據(jù)設(shè)計(jì)要，我們需要設(shè)計(jì)顯示電路，顯示出電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)速度以及 其他的顯示數(shù)據(jù)，由于顯示功能較少，我選擇數(shù)碼管顯示電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。 asfpsfpi4k在顯示電路中，選6個(gè)共陽極的LED作為顯示器，A-G連單片機(jī)的P1 口， 共陽極1-6連P1 口的低四位。P0A3 口作為段控制，P0A4 口作為位控制，以段 選控制數(shù)字以及小數(shù)點(diǎn)的顯示，

29、通過位選和段選來控制整個(gè)動(dòng)態(tài)掃描電路的顯 示過程。為了增強(qiáng)電流，點(diǎn)亮數(shù)碼管，還要加上兩個(gè)驅(qū)動(dòng)鎖存器74LS373,即段驅(qū)動(dòng)和位驅(qū)動(dòng)。ooeyYZTjjl單片機(jī)系統(tǒng)中常用的地址鎖存器芯片74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器,其引腳圖與結(jié)構(gòu)原理圖如下：V74LS373弓唧圖結(jié)構(gòu)圖BkeGuInkxI方斤一再?a % 而濟(jì)莊向|川司3i“r?i向； 山山山臼山山山山山回: OE Op Do Di Oj 0i Cl D3 G*0圖3-5 74LS373引腳圖結(jié)構(gòu)圖74LS的輸出端Q0Q7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE為低電 平時(shí)，Q0Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE為

30、高電平時(shí), Q0Q7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯 操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端 LE為高電平時(shí)，Q隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低 電平時(shí)，D被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作 用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。PgdOOsRlMo引出端符號：D0D7數(shù)據(jù)輸入端OE三態(tài)允許控制端 低電平有效）LE鎖存允許端Q0Q7輸出端直值表:DnLE0EQnHHLHLHLLXLLQOXXH高阻態(tài)圖3-6顯示電路結(jié)構(gòu)2.5 按鍵電路設(shè)計(jì)1、鍵盤輸入的特點(diǎn)鍵盤實(shí)際上是一組按鍵開關(guān)的集合。通常，鍵盤開關(guān)利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。一個(gè)電壓信號通過鍵盤開關(guān)機(jī)

31、械出點(diǎn)的斷開、閉合輸出波形。3cdXwckm152、按鍵的確認(rèn)鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)高電平或低電平，如果高電 平表示鍵斷開，低電平則表示鍵閉合，通過對行線電平高低狀態(tài)的檢測，便可 確認(rèn)按鍵按下與否。為了確保 CPU對一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵有效，必須 消除抖動(dòng)期的影響。h8c52WOngM3、消除按鍵的抖動(dòng)采用軟件延時(shí)來消除按鍵抖動(dòng)的基本思想是：在第一次檢測到有按鍵按下時(shí)，該鍵所對應(yīng)的行線為低電平，執(zhí)行一段延時(shí)10ms的子程序后，確認(rèn)該行線電平是否仍為低電平，如果仍為低電平，則確認(rèn)為該行確實(shí)有按鍵按下。當(dāng)按鍵松開時(shí)，行線的低電平變?yōu)楦唠娖剑瑘?zhí)行一段延時(shí)10ms的子程序后，

32、檢測到 該行線為高電平，說明按鍵確實(shí)已經(jīng)松開。采取以上措施，躲開了兩個(gè)抖動(dòng) 期，從而消除了按鍵抖動(dòng)的影響。v4bdyGious根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，因此需要輸入設(shè)備，由于調(diào) 節(jié)參數(shù)較少，可以使用符合按鍵，我選擇獨(dú)立按鍵，足以滿足系統(tǒng)要求。獨(dú)立 式鍵盤就是各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的 判斷哪個(gè)按鍵被按下。在按鍵數(shù)目較多時(shí)，獨(dú)立式鍵盤電路需要較多的輸入口 線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。J0bm4qMpJ9所需按鍵功能有：停止鍵，電機(jī)正轉(zhuǎn)鍵，電機(jī)反轉(zhuǎn)鍵。2.6 控制伺服電機(jī)電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)控制的直流伺服電機(jī)

33、調(diào)速系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)部分輸出的控制電壓一 股是可連續(xù)變化的低電壓，且只能提供小電流；而電機(jī)必須得到可連續(xù)變化的 高電壓及大電流，才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)度大小和方向的控制。隨著大規(guī)模集成電路的飛 速發(fā)展，以及微處理器在伺服系統(tǒng)中的普遍應(yīng)用，伺服元件發(fā)生了巨大變革， 向著便于計(jì)算機(jī)控制的方向發(fā)展。位置、速度等測量元件趨于數(shù)字化、集成 化，由此可構(gòu)成數(shù)字式的小型化、高可靠性運(yùn)行的PWM伺服系統(tǒng)。由于單片機(jī)屬于TTL電路（邏輯1和0的電平分別為2. 4 V和0. 4 V>,其I/O 輸出的 開關(guān)量控制信號電平無法直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所以在P2 口控制升速信號輸出端需加入驅(qū)動(dòng)電路或驅(qū)動(dòng)器。在 Proteus中用ULN

34、2003驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。XVauA9grYPULN2003是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN復(fù)合晶體管組圖 3-7 ULN2003ULN2008特點(diǎn)如下：ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè) 2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與 TTL 和 CMOS 電路 bR9c6TJSCW直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA,并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還pN9LBDdtrd可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。ULN2003采用DIP 16或SOP16塑料封裝。ULN2003內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢的

35、二極管，可用來驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣，最大驅(qū)動(dòng)電壓二50V,電流二500mA,輸入電壓=5V,適用于TTL COMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。ULN是集成達(dá)林頓管IC,內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢的二極管，它的輸出端允許通過電流為200mA, 飽和壓降VCE約1V左右，耐壓BVCEO約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可 根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器 或固體繼電器，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí)，上拉2K的電阻較為合適，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。DJ8T7nHuGT ULN2003是一個(gè)非門電路，包含

36、7個(gè)單元，單獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá) 350mA, 9腳可以懸空。ULN2003是大電流驅(qū)動(dòng)陣列，多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等 控制電路中?？芍苯域?qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。QF81D7bvUA輸入5VTTL電平，輸出可達(dá) 500mA/50V。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路 的特點(diǎn)如下：ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè) 2.7K的基極電阻，在5V的工 作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯 緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。4B7a9QFw9hULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工

37、作電壓 高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系 統(tǒng)。ix6iFA8xoXasaaaaab |的卬皿 pjx禧fJ.iM Fjijunr 川E打，昨 燈Mi同，K WWE圖3-8仿真結(jié)構(gòu)圖第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)思想系統(tǒng)的工作過程高精度伺服系統(tǒng)采用位置調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電流三閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)組成，位置環(huán) 檢測電機(jī)當(dāng)前所處的位置，轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用光電編碼器可以檢測并 計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前的速度計(jì)運(yùn)動(dòng)方向以及電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前的位置，若電動(dòng)機(jī)的 位置不在指定位置，并且在轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)未知的目的；若電動(dòng)機(jī)的位置不在指定位

38、置，并且已經(jīng)超 出了轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)節(jié)范圍，位置調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī) 的位置。wt6qbkCyDE程序設(shè)計(jì)方法選擇通常應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的方法有：模塊化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)，簡單地說就是程序的編寫不是開始就逐條錄入計(jì)算機(jī)語句 和指令，而是首先用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結(jié)構(gòu)和流 程描述出來，并定義和調(diào)試好各個(gè)框架之間的輸入、輸出鏈接關(guān)系。逐步求 精的結(jié)果是得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進(jìn)行程 序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)其求解算法的方法稱為模塊化。模塊化的目的是為了降低程序 復(fù)雜度，使程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)等操作簡單化。Kp5zH46zRk結(jié)構(gòu)化分析方法（St

39、ructured Method ,結(jié)構(gòu)化方法 是強(qiáng)調(diào)開發(fā)方法的結(jié)構(gòu) 合理性以及所開發(fā)軟件的結(jié)構(gòu)合理性的軟件開發(fā)方法。結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)內(nèi)各個(gè) 組成要素之間的相互聯(lián)系、相互作用的框架。結(jié)構(gòu)化開發(fā)方法提出了一組提 高軟件結(jié)構(gòu)合理性的準(zhǔn)則，如分解與抽象、模塊獨(dú)立性、信息隱蔽等。針對 軟件生存周期各個(gè)不同的階段，它有結(jié)構(gòu)化分析 （SA、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)（SD和結(jié) 構(gòu)化程序設(shè)計(jì)（SP等方法。Yl4HdOAA61根據(jù)系統(tǒng)的工作過程，本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要包括：主程序模 塊、數(shù)據(jù)采集及處理子程序模塊、控制算法子程序模塊以及鍵盤顯示程序模 塊。ch4PJx4BlI程序設(shè)計(jì)語言的選擇常用的編程語言有：機(jī)器語言、匯編

40、語言和高級語言。機(jī)器語言是一組有意義的二進(jìn)制代碼，指令的基本格式如：操作碼字段 地址碼字段其中操作碼指明了指令的操作性質(zhì)及功能，地址碼則給出了操作 數(shù)或操作數(shù)的地址。qd3YfhxCzo匯編語言是一種功能很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)語言，也是利用計(jì)算機(jī)所有硬件特 性并能直接控制硬件的語言。匯編語言，作為一門語言，對應(yīng)高級語言的編 譯器，需要一個(gè) 匯編器”來把匯編語言源文件會變成機(jī)器語言課執(zhí)行的代 碼。高級的匯編器如 MASM , TASM等等為我們寫匯編程序提供了很多類似 于高級語言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程 序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類同于高級語言。現(xiàn)在的匯 編

41、環(huán)境已經(jīng)如此高級，即使全部用匯編語言來編寫windows的應(yīng)用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長處。匯編語言的長處在于編寫高效且需要對 機(jī)器硬件精確控制的程序。E836L11DO5由于匯編語言依賴于硬件體系，且助記符量大難記，于是人們又發(fā)明了更 加易用的所謂高級語言。在這種語言下，其語法和結(jié)構(gòu)更類似普通英文，且由 于遠(yuǎn)離對硬件的直接操作，使得一般人經(jīng)過學(xué)習(xí)之后都可以編程。高級語言通 常按其基本類型、代系、實(shí)現(xiàn)方式、應(yīng)用范圍等分類。 S42ehLvE3M本系統(tǒng)采用C語言編寫程序。3.2 主程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的主程序主要是完成對存儲單元、堆棧指針等的初始化；對轉(zhuǎn)速檢測子程序、鍵盤、顯示子程序的調(diào)用，最終實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制。501nNvZFis圖4-1程序流程圖程序清單#include <reg52.h>#define out_port1 (P2>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar const sequence口 = 0x22,0x66,0x44,0xcg0x88,0x99,0x11,0x33 jwiviftGw