機電一體化液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計

/液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)：機電一體化技術(shù)年級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：摘要機電一體化是以機械技術(shù)和電子技術(shù)為主題，多門技術(shù)學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合的產(chǎn)物；是正在發(fā)展和慢慢完善的一門新興的邊緣學(xué)科。機電一體化使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能和構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變更使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了以“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。本設(shè)計中提到的微機數(shù)控機床是利用單板或單片微機對機床運動軌跡進行數(shù)控及對機床幫助功能動作進行程序限制的一種自動化機械加工設(shè)備。接受微機數(shù)控機床進行機械加工的最大優(yōu)點是能夠有效地提中學(xué)、小批零件的加工生產(chǎn)率保證加工質(zhì)量。此外，由于微型計算機具有價格低、體積小、性能牢靠和運用靈敏等特點微機數(shù)控機床的一次性投資比全功能數(shù)控機床節(jié)約得多，且又便于一般工人駕馭操作和修理。因此將專用機床設(shè)計成微機數(shù)控機床已成為機床設(shè)計的發(fā)展方向之一。本設(shè)計中用到的步進電機是一種將數(shù)字信號干脆轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的限制驅(qū)動元件具有快速起動和停止的特點。其驅(qū)動速度和指令脈沖能嚴格同步；具有較高的重復(fù)定位精度并能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和平滑速度調(diào)整。它的運行速度和步距不受電源電壓波動及負載的影響，因而被廣泛應(yīng)用于數(shù)模轉(zhuǎn)換、速度限制和位置限制系統(tǒng)。目錄摘要 1第1章總體方案設(shè)計 21.1總體分析 21.2方案框圖 2第2章單元模塊設(shè)計 22.1鍵盤和顯示模塊 2模塊工作原理 32.1.2芯片CH452介紹 3芯片CH452特點 4顯示驅(qū)動原理 5鍵盤掃描原理 62.2單片機限制單元 7限制原理 7光電耦合電路 8芯片介紹 92.3串行通信模塊 122.3.1RS232通信協(xié)議 122.3.2串行通信電路 13第3章電機和電氣限制電路設(shè)計 143.1步進電機模塊 14步進電機的工作原理 14步進電機的頻率特性 163.2溝通電機正反轉(zhuǎn)限制原理 173.3溝通電機的星—三角形啟動 193.4電氣元件介紹 20總結(jié) 22致謝 23參考文獻 24第1章總體方案設(shè)計1.1總體分析本次設(shè)計實現(xiàn)的是一兩座標(biāo)步進電機驅(qū)動運動工作臺限制系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計接受單片機對系統(tǒng)進行限制，單片機的包括鍵盤和顯示的限制、和PC機的串口通訊、以及電機輸入輸入輸出信號的限制。電機的輸入信號包含報警監(jiān)測，在機床邊緣運用一個接近開關(guān)即可實現(xiàn)此目的。1.2方案框圖單片機作為限制的核心：一方面對機床的運動方向和位移量進行限制，另外還將和鍵盤對應(yīng)的位移信息顯示在LED上，并實現(xiàn)和PC機的通信。第2章單元模塊設(shè)計2.1鍵盤和顯示模塊隨著電子及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出了許多的智能型芯片，ＩＮＴＥＬ、ＡＴＭＥＬ、ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ、ＭＯＴＯＲＯＬＡ和ＰＨＩＬＰＳ等公司都推出了一系列滿足不同行業(yè)多種需求的單片機芯片，ＣＰＵ的價格也從９０年頭初的成百元降至如今最便宜的芯片只有數(shù)元，而一些功能單一的外圍接口芯片，越來越多地被功能強大、靈敏便利的智能型芯片所代替。我們運用ＡＴＭＥＬ公司生產(chǎn)的８９Ｃ２０５１設(shè)計出了鍵盤ＬＥＤ顯示模塊，功能上比傳統(tǒng)的鍵盤顯示接口芯片８２Ｃ７９強，而成本僅有后者的１／３。ＡＴ８９Ｃ２０５１簡介,ＡＴ８９Ｃ２０５１屬于ＭＣＳ５１家族，它同大家熟悉的８０３１單片機相比，Ｉ／Ｏ口削減到１５個，其它配置和性能不減，指令完全兼容，片內(nèi)具有２Ｋ字節(jié)的ＦＬＡＳＨ存貯器，電擦寫編程次數(shù)可達到１０００次，數(shù)據(jù)可保存１０年。其中的Ｐ３．０、Ｐ３．１口其次功能可以作串行口運用，Ｐ１口可干脆驅(qū)動ＬＥＤ顯示器，其中Ｐ１．０、Ｐ１．１可以當(dāng)作比較器的輸入端。２模塊原理模塊原理圖見圖１。鍵盤顯示模塊可外接４×８＝３２鍵，８位ＬＥＤ顯示器（可以擴展至１６位），它通過串行口同主控設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信。下面分別加以介紹。模塊工作原理本單元模塊電路的功能是通過對片機編程,使當(dāng)前按鍵信息在8個LED上顯示出來，由芯片CH452來對數(shù)碼管進行驅(qū)動，并對鍵盤進行掃描。圖3.1所示為一來個八位LED動態(tài)顯示電路。在同一時刻，假如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能夠同時顯示出和本位相應(yīng)的顯示字符，就必需接受動態(tài)顯示方式；即在某一時刻；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則處于關(guān)閉狀態(tài)；同時，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符段碼。這樣；在同一時刻；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。雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而在同一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于LED顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用；只要每位顯示間隔時間足夠短則可以造成多位同時亮的假象達到同時顯示的效果。鍵盤的掃描原理和數(shù)碼管的掃描顯示原理類似,依次將矩陣鍵盤的某行或某列置一再逐個推斷改行或該列上是否有信號為高，有則說明兩座標(biāo)相交處的按鍵按下了。芯片CH452介紹CH452是數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描限制芯片。CH452內(nèi)置時鐘振蕩電路,可以動態(tài)驅(qū)動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,同時還可以進行64鍵的鍵盤掃描，CH452通過可以級聯(lián)的4線串行接口或者2線串行接口和單片機等交換數(shù)據(jù),并且可以對單片機供應(yīng)上電復(fù)位信號。圖3.2CH452工作原理2.1.3芯片CH452特點1、顯示驅(qū)動內(nèi)置電流驅(qū)動級段電流不小于15mA,字電流不小于80mA。動態(tài)顯示掃描限制干脆驅(qū)動8位數(shù)碼管、64位發(fā)光管LED或者64級光柱。可選數(shù)碼管的段和數(shù)據(jù)位相對應(yīng)的不譯碼方式或者BCD譯碼方式。BCD譯碼支持一個自定義的BCD碼,用于顯示一個特殊字符。數(shù)碼管的字數(shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)。各數(shù)碼管的數(shù)字獨立閃爍限制可選快慢兩種閃爍速度。隨意段位尋址，獨立限制各個LED或者各數(shù)碼管的各個段的亮和滅。64級光柱譯碼，通過64個LED組成的光柱顯示光柱值。掃描極限限制，支持1到8個數(shù)碼管，只為有效數(shù)碼管支配掃描時間。可以選擇字驅(qū)動輸出極性，便于外部擴展驅(qū)動電壓和電流。2、鍵盤限制內(nèi)置64鍵鍵盤限制器，基于8×8矩陣鍵盤掃描。內(nèi)置按鍵狀態(tài)輸入的下拉電阻內(nèi)置去抖動電路。鍵盤中斷可以選擇低電平有效輸出或者低電平脈沖輸出。供應(yīng)按鍵釋放標(biāo)記位，可供查詢按鍵按下和釋放。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。3、外部接口同一芯片，可選高速的4線串行接口或者經(jīng)濟2線串行接口。4線串行接口支持多個芯片，級聯(lián)時鐘速度從0到2MHz兼容CH451芯片。4線串行接口DIN和DCLK信號線可以和其它接口電路共用，節(jié)約引腳。2線串行接口支持兩個CH452芯片并聯(lián)，由ADDR引腳電平設(shè)定各自地址。2線串行接口時鐘速度從500Hz到200KHz兼容兩線I2C總線，節(jié)約引腳。內(nèi)置上電復(fù)位，可以為單片機供應(yīng)高電平有效和低電平有效復(fù)位輸出。4、其它內(nèi)置時鐘振蕩電路，不須要外部供應(yīng)時鐘或者外接振蕩元器件,更抗干擾。支持低功耗睡眠，節(jié)約電能，可以被按鍵喚醒或者被叮囑操作喚醒?？蛇x兩種封裝，SOP28、DIP24S引腳和CH451芯片兼容。經(jīng)過授權(quán)接受了1項專利技術(shù)，低成本，簡便易用。顯示驅(qū)動原理CH452對數(shù)碼管和發(fā)光管接受動態(tài)掃描驅(qū)動，依次為DIG0至DIG7，當(dāng)其中一個引腳吸入電流時，其它引腳則不吸入電流。CH452內(nèi)部具有電流驅(qū)動級，可以干脆驅(qū)動0.5英寸至1英寸的共陰數(shù)碼管段，驅(qū)動引腳SEG6SEG0，分別對應(yīng)數(shù)碼管的G段、A段驅(qū)動引腳SEG7，對應(yīng)數(shù)碼管的小數(shù)點，字驅(qū)動引腳DIG7、DIG0分別連段8個數(shù)。CH452支持掃描極限限制，并且只為有效數(shù)碼管支配掃描時間。當(dāng)掃描極限設(shè)定為1時，唯一的數(shù)碼管DIG0將得到全部的動態(tài)驅(qū)動時間，從而等同于靜態(tài)驅(qū)動；當(dāng)掃描極限設(shè)定為8時，8個數(shù)碼管DIG7。DIG0各得到1/8的動態(tài)驅(qū)動時間；當(dāng)掃描極限設(shè)定為4時，4個數(shù)碼管DIG3DIG0各得到1/4的動態(tài)驅(qū)動時間，此時各數(shù)碼管的平均驅(qū)動電流將比掃描極限為8時增加一倍，所以降低掃描極限可以提高數(shù)碼管的顯示亮度。CH452內(nèi)部具有8個8位的數(shù)據(jù)寄存器用于保存8個字數(shù)據(jù)，分別對應(yīng)于CH452所驅(qū)動的8個數(shù)碼管或者8組每組8個的發(fā)光二極管。CH452支持數(shù)據(jù)寄存器中的字數(shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)，并且支持各數(shù)碼管的獨立閃爍限制，在字數(shù)據(jù)左右移動或者左右循環(huán)移動的過程中，閃爍限制的屬性不會隨數(shù)據(jù)移動。CH452支持隨意段位尋址可以用于獨立限制64個發(fā)光管LED中的隨意一個或者數(shù)碼管中的特定段，例如小數(shù)點：段位編址依次和鍵盤編址一樣，編址從00H到3FH。當(dāng)用“段位尋址置1”叮囑將某個地址的段位置1后，該地址對應(yīng)的發(fā)光管LED或者數(shù)碼管的段會點亮。該操作不影響任何其它LED或者數(shù)碼管其它段的狀態(tài)。CH452支持64級的光柱譯碼用64個發(fā)光管或者64級光柱表示65種狀態(tài)，加載新的光柱值后，編址小于指定光柱值的發(fā)光管會點亮，而大于或者等于指定光柱值的發(fā)光管會熄滅。CH452默認狀況下工作于不譯碼方式，此時8個數(shù)據(jù)寄存器中字數(shù)據(jù)的位7位0分別對應(yīng)8個數(shù)碼管的小數(shù)點和段G，段A對于發(fā)光二極管陣列，則每個字數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)位唯一地對應(yīng)一個發(fā)光二級管。當(dāng)數(shù)據(jù)位為1時，對應(yīng)的數(shù)據(jù)管的段或者發(fā)光管就會點亮，當(dāng)數(shù)據(jù)位為0時則對應(yīng)的數(shù)據(jù)管的段或者發(fā)光管就會熄滅。例如，第三個數(shù)據(jù)寄存器的位0為1，所以對應(yīng)的第三個數(shù)碼管的段A點亮。通過設(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，單片機只要給出二進制數(shù)BCD碼，由CH452將其譯碼后干脆驅(qū)動數(shù)碼管顯示對應(yīng)的字符。BCD譯碼方式是指對數(shù)據(jù)寄存器中字數(shù)據(jù)的位4位0進行，BCD譯碼限制段驅(qū)動引腳SEG6、SEG0的輸出，對應(yīng)于數(shù)碼管的段G段A；同時用字數(shù)據(jù)的位7限制段驅(qū)動引腳SEG7的輸出，對應(yīng)于數(shù)碼管的小數(shù)點，字數(shù)據(jù)的位6和位5不影響B(tài)CD譯碼。下表為數(shù)據(jù)寄存器中字數(shù)據(jù)的位4、位0進行BCD譯碼后，所對應(yīng)的段G、段A，以及數(shù)碼管顯示的字符。參考下表，假如須要在數(shù)碼管上顯示字符0，只要置入數(shù)據(jù)0xx00000B或者00H，須要顯示字符0.0帶小數(shù)點只要置入數(shù)據(jù)1xx00000B或者80H。類似地，數(shù)據(jù)1xx01000B或者88H對應(yīng)于字符8.8帶小數(shù)點數(shù)據(jù)0xx10011B或者13H，對應(yīng)于字符=數(shù)據(jù)0xx11010B或者1AH對應(yīng)于字符.小數(shù)點，數(shù)據(jù)0xx10000B或者10H對應(yīng)于字符，空格數(shù)碼管沒有顯示。數(shù)據(jù)0xx11110B或者1EH，對應(yīng)于自定義的特殊字符，由“自定義BCD碼”叮囑定義。2.1.5鍵盤掃描原理CH452的鍵盤掃描功能支持8×8矩陣的64鍵鍵盤。在鍵盤掃描期間，DIG7——DIG0引腳用于列掃描輸出SEG7SEG0，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盤中斷輸出以及按鍵數(shù)據(jù)輸出。CH452定期在顯示驅(qū)動掃描過程中插入鍵盤掃描。在鍵盤掃描期間，DIG7、DIG0引腳依據(jù)DIG0至DIG7的依次依次輸出高電平，其余7個引腳輸出低電平，SEG7——SEG0引腳的輸出被禁止。當(dāng)沒有鍵被按下時，SEG7——SEG0都被下拉為低電平；當(dāng)有鍵被按下時，例如連接DIG3和SEG4的鍵被按下；則當(dāng)DIG3輸出高電平常SEG4檢測到高電平，為了防止因為按鍵抖動或者外界干擾而產(chǎn)生誤碼，CH452實行兩次掃描只有當(dāng)兩次鍵盤掃描的結(jié)果相同時，按鍵才會被確認有效。假如CH452檢測到有效的按鍵，則記錄下該按鍵代碼，并通過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中斷；當(dāng)INTM為1時輸出低電平脈沖中斷，參考5.5節(jié)和5.6節(jié)中的說明此時單片機可以通過串行接口讀取按鍵代碼，在沒有檢測到新的有效按鍵之前；CH452不再產(chǎn)生任何鍵盤中斷。CH452不支持組合鍵，也就是說，同一時刻，不能有兩個或者更多的鍵被按下，假如多個鍵同時按下，那么按鍵代碼較小的按鍵優(yōu)先。CH452所供應(yīng)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，按下為1鍵釋放為0。例如，連接DIG3和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，但是確定小于40H其中，對應(yīng)DIG3的列掃描碼為011B，對應(yīng)SEG4的行掃描碼為100B。單片機可以在任何時候讀取按鍵代碼，但一般在CH452檢測到有效按鍵而產(chǎn)生鍵盤中斷時讀取按鍵代碼，此時按鍵代碼的位6總是1另外，假如須要了解按鍵何時釋放，單片機可以通過查詢方式定期讀取按鍵代碼，直到按鍵代碼的位6為0。下表是在DIG7、DIG0和SEG7、SEG0之間8×8矩陣的依次編址，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，按下時位6總是1，所以當(dāng)鍵按下時，CH452所供應(yīng)的實際按鍵代碼是表中的按鍵編址加上40H，也就是說，此時的按鍵代碼應(yīng)當(dāng)在40H到7FH之間。2.2單片機限制單元單片機是微限制器，他是須要獨立工作的51單片機的工作電壓是5V（TTL電平）或CMOS電平工作電流不能太大，要求高的還須要穩(wěn)壓單片機,具有體積小、功耗低、限制功能強、擴展靈敏、微型化和運用便利等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。接受單片機限制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起接受電子或數(shù)字電路更加強大。限制原理本次設(shè)計是以單片機為核心進行設(shè)計的，在整個單片機限制系統(tǒng)中，CPU既是運算處理中心，又是限制中心，是限制系統(tǒng)最關(guān)鍵的器件。本系統(tǒng)中選用和MCS-51系列完全兼容的AT89C52單片機，AT89C52可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)牢靠性，降低系統(tǒng)成本。89C52的P2口輸出的矩形脈沖信號干脆限制步進電機的正反轉(zhuǎn)，兩臺電機需4個限制信號，一根信號線備用。工作臺上行程開關(guān)的檢測信號經(jīng)光電隔離器件后送到單片機，這樣可以實現(xiàn)單片機和電機工作電路的隔離，起到了抗干擾和愛惜的作用，也有3個備用。工作臺工作時的指示燈則由P14-P17和T0、T1限制，分別用于提示操作人員工作臺是在哪個坐標(biāo)上朝哪個方向運動光電耦合電路電機的那個輸入信號先經(jīng)光電耦合器后送至單片機處理，這是由于步進電機的大功率、高電平會對單片機產(chǎn)生較嚴峻的干擾，不能干脆把單片機產(chǎn)生的限制信號干脆連在步進電機上;須要進行強弱電隔離。在實際運用中，對于強弱電隔離一般接受電子開關(guān)方法或光電隔離的方法，在這里我們接受光電隔離的方法，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，通過光線實現(xiàn)耦合構(gòu)成電--光和光--電的轉(zhuǎn)換器件芯片介紹設(shè)計所運用的單片機AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能COMS8位單片機，如圖3.5基本外圍電路圖所示。它片內(nèi)含有8kbytes的可反復(fù)檫寫的只讀程序存儲器，PEROM和256bytes的隨機存儲數(shù)據(jù)存儲RAM器件接受ATMEL公司的高密度、非易失性技術(shù)生產(chǎn)和標(biāo)準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中心處理器CPU和Flash存儲單元，功能強大AT89C52單片機適合于許多較為困難限制應(yīng)用場合。AT89C52供應(yīng)以下標(biāo)準功能8k字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM、32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工川行通信口片內(nèi)振蕩器剛好鐘電路。同時，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?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)接著工作。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全部部件工作直到下一個硬件復(fù)位。AT89C52的內(nèi)部邏輯框圖如圖3.6所示其管腳功能如下:(1)電源引腳Vcc(40引腳)接+5V電源。Vss(20引腳)接地。(2)時鐘引腳2個時鐘引腳XTAL1、XTAL2外接晶體和片內(nèi)的反向放大器構(gòu)成了一個晶體振蕩器它為單片機供應(yīng)了時鐘限制信號。兩個引腳也可以外接獨立的晶體振蕩器。XTAL1、19引腳，接外部晶體的一個引腳。該引腳內(nèi)部是一個反向放大器的輸入端，這個反向放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。XTAL1、8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。若接受外部時鐘振蕩器時看該引腳接收時鐘振蕩器的信號。(3)限制引腳此類引腳供應(yīng)限制信號，有的引腳還有復(fù)用功能。RST/VPD(9引腳)RSTRESET是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)單片機運行時，在此引腳上加上持續(xù)時間大于兩個機器周期的高電平常，就可以完成復(fù)位工作。在單片機正常工作時，此引腳應(yīng)為≤0.5V低電平。VPD為本引腳的其次功能，即備用電源輸入端。ALE/PROG、30引腳，ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號，當(dāng)單片機上電正常工作以后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號。當(dāng)單片機訪問外部存儲器時，ALE輸出信號的負跳沿用于單片機發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存限制信號。PROG為本引腳的其次功能，為低電平有效。在對片內(nèi)EPROM型單片機編程寫入，此引腳作為編程脈沖輸入端。PSEN29引腳程序存儲器允許輸出限制端，為低電平有效。在單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。EA/VPP31引腳EA功能為內(nèi)外程序存儲器選擇限制端，為低電平有效。EA為高電平常，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器，反之則選擇片外程序存儲器。VPP為本引腳的其次功能。在對Flash閃速存儲器編程時，該引腳加上+12V或是+5V的編程允許電源。(4)I/O口引腳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)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負載。P1口8位準雙向I/O口可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P2口8位準雙向I/O口和地址總線，高8位復(fù)用，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3口8位準雙向I/O口雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。除此之外P3口還有其次功能，如表3.2所示2.3串行通信模塊2.3.1RS232通信協(xié)議1RS-232C標(biāo)準介紹串行通信接口標(biāo)準中RS-232C是目前最常用的一種串行通信接口。RS-232C標(biāo)準的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準，該標(biāo)準對串行通信的連接電纜和機械、電氣特性、信號功能以及傳輸過程都進行了明確的規(guī)定，適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0-20kb/s范圍內(nèi)的通信。RS-232C的舉薦最大電纜長度為15m實際通信中可以以降低通信速率為代價適當(dāng)延長通信距離。假如要實現(xiàn)長距離的傳輸數(shù)百米，須要運用特地的長線驅(qū)動器來延長RS-232C的通信距離。2RS232C中的引腳定義和電氣特性RS-232C中定義了20根信號線，運用25芯D型連接器DB25實現(xiàn)，后來為了簡化串口的線路連接，出現(xiàn)了9芯D型連接器DB9、DB9引腳的分布和信號。RS-232C標(biāo)準的電氣特性參數(shù)有帶3-7KΩ時驅(qū)動器的輸出電平、輸出開路時接受器的輸出邏輯、輸入經(jīng)300Ω接地時接收器的輸出邏輯和驅(qū)動器轉(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稱，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，因此須要運用正負極性的雙電源供電。由于其和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需運用電平轉(zhuǎn)換。一般運用中，只須要連接好TXD、RXD、DSR、RTS、GND5根線即可正常通信。假如去掉握手信號，最少運用3根線即可實現(xiàn)正常的串口通信。2.3.2串行通信電路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)準的邏輯電平和TTL電平之間的轉(zhuǎn)換用MAX232芯片實現(xiàn)，單片機的TXD、RXD分別連到MAX232的T2in、R1out端。在RS-232C的總線連接上接受最簡潔的三線連接模式，即連接DB9的TXD、RXD和GND三端。第3章電機和電氣限制電路設(shè)計3.1步進電機模塊步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動機，它的運行須要特地的驅(qū)動電源，驅(qū)動電源的輸出受外部的脈沖信號限制。每一個脈沖信號可使步進電機旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，這個角度稱為步距角。脈沖的數(shù)量確定了旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率確定了電動機旋轉(zhuǎn)的速度，變更繞組的通電依次可以變更電機旋轉(zhuǎn)的方向。在數(shù)字限制系統(tǒng)中，它既可以用作驅(qū)動電動機，也可以用作伺服電動機。圖4.1三相反應(yīng)式步進電機工作原理圖步進電機的工作原理步進電機是機電一體化的關(guān)鍵部件之一，被廣泛應(yīng)用于須要精確定位、同步、行程限制等場合。一、步進電動機有三線式、五線式、六線式三種，但其限制方式均相同，必需以脈沖電流來驅(qū)動。若每旋轉(zhuǎn)一圈以200個勵磁信號來計算，則每個勵磁信號前進18度其旋轉(zhuǎn)角度和脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖依次來限制。二、步進電動機的勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全步勵磁又有1相勵磁及2相勵磁之分，而半步勵磁又稱1-2相勵磁。圖為步進電動機的限制等效電路，適應(yīng)限制A、B、/A、/B的勵磁信號，即可限制步進電動機的轉(zhuǎn)動。每輸出一個脈沖信號，步進電動機只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號，即可步進電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動。分述如下:A、1相勵磁法在每一瞬間只有一個線圈導(dǎo)通，消耗電力小，精確度良好但轉(zhuǎn)矩小，振動較大，每送一勵磁信號可走1.8度。若欲以1相勵磁法限制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁依次如圖所示。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。B、2相勵磁法在每一瞬間會有二個線圈同時導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)矩大，振動小，故為目前用最多的勵磁方式，每送一勵磁信號可走1.8度。若以2相勵磁法限制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁依次如圖所示。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。C、1-2相勵磁法為1相和2相輪番交替導(dǎo)通。因辨別率提高，且運轉(zhuǎn)平滑，每送一勵磁信號可走0.9度，故亦廣泛被接受。若以1相勵磁法限制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁依次如圖所示。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。勵磁依次A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A3、步進電動機的負載轉(zhuǎn)矩和速度成反比，速度愈快負載轉(zhuǎn)矩愈小，當(dāng)速度快至其極限時，步進電動機即不再運轉(zhuǎn)。所以在每走一步后，程序必需延時一段時間。下面介紹的是國產(chǎn)20BY-0型步進電機，它運用+5V直流電源，步距角為18度。電機線圈由四相組成，即A、B、C、D四相，驅(qū)動方式為二相激磁方式，如下圖所示：步進機依次從0到1稱為一步，電機軸將轉(zhuǎn)過18度0-1-2-3-4，則稱為通電一周轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過72度，若循環(huán)進行這種通電一周的操作，電機便連續(xù)的轉(zhuǎn)動起來，而進行相反的通電依次如4-3-2-1，將使電機同速反轉(zhuǎn)。通電一周的周期越短，即驅(qū)動頻率越高則電機轉(zhuǎn)速越快，但步進電機的轉(zhuǎn)速也不行能太快，因為它每走一步須要確定的時間若信號頻率過高，可能導(dǎo)致電機失步，甚至只在原步抖動。對于一個步進電機，假如它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Nr它的齒距角z為z=2Π/Nr，而步進電機運行k拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距位置。事實上步進電機每一拍就執(zhí)行一次步進所以步進電機的步距角s。例如:對于三相反應(yīng)式步進電機而言，工作方式有三拍和六拍之分。三拍就是在轉(zhuǎn)動一個齒距時換相三次，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。從公式可知，為了使步進電機工作的步距角s減小，也即使限制精度增高步進電機在相數(shù)確定的狀況下應(yīng)增加工作拍數(shù)。步進電機的頻率特性對于反應(yīng)式步進電機，在其繞組中通電的相序不同時步進電機的旋轉(zhuǎn)方向和步進精度有所不同，步進電機對繞組的通電頻率有確定的要求。假如通電頻率過高，超過步進電機的最大步進速度，就會產(chǎn)生失步。一般步進電機的通電頻率，即起動頻率為50步，秒到2000步秒。步進電機的頻率特性曲線是步進電機的工作頻率及其對應(yīng)轉(zhuǎn)動力矩所作出的曲線，典型的步進電機頻率特性曲線如圖2所示。步進電機的頻率特性曲線和許多因素有關(guān)，這些因素包括步進電機的轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)子鐵心有效長、限制線路的電壓、齒數(shù)、齒形、齒槽比、步進電機內(nèi)部的磁路、繞組的繞線方式、定轉(zhuǎn)子間的氣隙、轉(zhuǎn)動一個齒距所需的拍數(shù)等。在運用中會影響到步進電機頻率特性而又能由用戶確定的因素有，限制拍數(shù)、限制線路的電壓、線路時間常數(shù)等。下面分析這幾種因素對步進電機頻率特性的影響。(1)工作方式對頻率特性的影響在步進電機應(yīng)用中它的工作方式是以一個齒距所用的拍數(shù)來表示的。拍數(shù)本質(zhì)上也就是轉(zhuǎn)動一個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步進電機各相繞組進行轉(zhuǎn)換，而電源電壓是單極性的固定的。一般而言反應(yīng)式電機拍數(shù)越多矩頻特性就越好，因此設(shè)計中應(yīng)選擇多拍的限制方式。(2)線路時間常數(shù)對頻率特性的影響步進電機的每相繞組供電都是通過功率開關(guān)電路進行的，步進電機一相繞組的開關(guān)電路如圖3.2所示。其中L為步進電機繞組電感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,它為繞組放電供應(yīng)回路,晶體管T是大功率開關(guān)管。Rc也是個外接的功率電阻,它是一個消耗性負載,一一般為數(shù)歐姆。這時線路的時間常數(shù)Tj，其中L單位為亨Rc、RL單位為歐姆Tj單位為秒。3.2溝通電機正反轉(zhuǎn)限制原理步進電機一線繞組的開關(guān)回路，開關(guān)回路時間常數(shù)Tj對注入電機繞組的電流達到穩(wěn)定值的時間有極大關(guān)系，它影響到步進電機的工作頻率。并且有Tj越小，電流達穩(wěn)定時間小，相應(yīng)電機工作頻率高，反之Tj越大，電流達穩(wěn)定時間長，電機工作頻率低。從公式可知，要削減Tj，可以接受增大Rc的方法。但是增大Rc時，又會使穩(wěn)態(tài)電流值減小，從而影響電機的力矩。為了削減Tj，而不使穩(wěn)態(tài)電流減小，可接受在增大Rc的同時，也提高供電電壓的方法。(1)在高頻應(yīng)用中，要盡量減小，以改善步進的特性，所以常在開關(guān)回路中接受較大的Rc，同時也提高回路的電源電壓U，但這樣也會使效率降低在低頻段工作時也會使步進電機的振蕩加劇。在實際中，可依據(jù)客觀狀況來考察選擇恰當(dāng)?shù)耐獠侩娮鑂c，使步進電機處于合適的工作頻率狀態(tài)。(2)開關(guān)回路電壓對頻率的影響在一般應(yīng)用中，開關(guān)電路的脈寬和流人繞組的電流的最大值，必定會隨開關(guān)電路換相頻率的提高而相應(yīng)減小，開關(guān)電路產(chǎn)生的限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變小，當(dāng)矩形脈沖電壓窄到確定程度，流入電機繞組的電流就無法達到穩(wěn)定值I，步進電機就難以步進工作了。為了保證在矩形脈沖電壓相當(dāng)窄時，也即頻率足夠高時，步進電機仍能正常步進工作，可以提高開關(guān)回路的電壓。開關(guān)回路加到繞組的是矩形脈沖電壓，故電流也是脈沖。在步進電機中要設(shè)法增大起動電流，以提高步進電機轉(zhuǎn)動力矩，即提高其工作頻率。由于步進電機是感性負載，所以進入繞組的電流脈沖是以指數(shù)形式上升。要實現(xiàn)三相鼠籠型異步電動機的正反轉(zhuǎn)限制，只要把三相線當(dāng)中的隨意兩相調(diào)換一下位置就可以了。如圖4.4所示，假如接觸器KM1閉合時電動機正轉(zhuǎn)，則當(dāng)接觸器KM1斷開，接觸器KM2閉合時，電動機就會反轉(zhuǎn)。從圖中我們可以看出，要變更三相溝通電機的旋轉(zhuǎn)方向，只須要隨意交換其中兩相就可以達到目的。圖中各元器件的作用如表所示表4.2元器件作用列表3.3溝通電機的星—三角形啟動對于正常運行時定子繞組接成三角形的鼠籠型異步電動機在啟動時為了愛惜電動機，一般接受Y/△降壓啟動方法來達到限制啟動電流的目的。Y/△降壓啟動的原理如圖1所示在啟動過程中將電動機定子繞組接成星形即接觸器KMY閉合，此時電動機每相繞組承受的電壓為額定