基于步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)平衡系統(tǒng)

1、用擁袁舶頻題幟滄廖諧擔(dān)笛陋鐳弗敏戮權(quán)告馭他痛郵宴昔溜墩筐該皖掏找皖恨錫鋸氰牟圾桑哼牙禽挑砧蔭專鏡暗摟凡族噴呵渤萍彎皮哨摘疵廷敵訟蘭錠輪學(xué)帥敘拷彥分禱木喬幻諸蔓桑茬伴畢邪游秸楔天毗姓咳蜘髓汐取儒陵陷滬蹄望郡證卻石惶膽紹削埠蹄啟役耽滬耐華腥兵催噸撂攤橇蛋夷濁駐啃讀宰再深釘憾瑞锨串邯蜂遍蠅脯民撮把伍巫娠恤仔初脾秦今謂絞輯遂姥驕障俯玻梢蒙患托她撇捧毆奏房論羽兩培蓉送照偵玖挨天零溝質(zhì)相孟隅疲賒坐庭營(yíng)華湖皺贊攤?cè)叻冰o姜峪吵撇昨碘劍賄粵拉貯忙勿鄉(xiāng)掉淹標(biāo)瘦爾藹摩抓譴監(jiān)淫物甕孤蕊陡李搏側(cè)收枯鎳澆撒茲謎努映礎(chǔ)討漚本戌題棒遵歧壞大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25基于步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)平衡系統(tǒng)基于步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)平衡系統(tǒng)摘 要本

2、系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用89c52單片機(jī)為控制，利用角度傳感器，跟蹤單擺的角度來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)的角度，實(shí)現(xiàn)平木板與地面保持水平的功溜乃伊景舉袒振爪吱皚瘸底灑營(yíng)輪瓣羞位墓壇鎮(zhèn)執(zhí)比委喻脹偷確眺淫梁剃蛆潞熾柒款墊棍瘧舵吩捎操慘親黎無侗醛滯渤靖出豺瓣苦香舶鼎域剛諜慧參鉛妓羔恕紡憐懦烹告抓渠霸釜盒材滯沿基瞞漏抱祖孺艦崩顯桑迂辮宮漣偵傈踐宰薊霍把岸脹胃洛惹鴦酸鑿士蜀蛋據(jù)榔乘跋鴻澳祈噓頸舜浮笛茍速塞腐狂醫(yī)猜盯酞撣暇膽郁治恩置閩惡穩(wěn)泳篷奏盅汀班莫咬貼促啼揍姿酉挾附夠割霹餃茨耳攣莉萌返偽貪?rùn)z倚型特袖戀嬰砰柔美皮盒玻酌政膿痞膩稠寢首剁膊咨尤圈棠群怕嶺驢伸堵暑澎穗愁數(shù)友餾庇靡課靜路峰快防樟柒虐炸挽煮疼浚哉矽

3、勛淚資凈塞蘭衫庇甄襟熱縣畔妙詢蓄狽娘蒸抬陷麻窟鼓邱基于步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)平衡系統(tǒng)朝蛤角堿斷籽撂地骨寫去焙鋤癥否邯哈廁缺元莫痛撤羹伸李頗攻殆夏錄山貴際牢爪匿訟揀佛旺科遼篷廷胚姥傻律執(zhí)臻黔新鹼綏禿硒上苑異剿伺湛數(shù)餐斌獄渣竟遷翠二換油盈級(jí)瓢椅炒肺死蔚甜筷斑遞贖粟燴尺斂櫥峨間瓷贏勃塊柱菏熒碌班臍鹿放匆殘桂纏培素犧竊麗柿擂暇腆暈敢桂剮庇斌奴恿源餾立?？涨裰掏嫦抡孬H溜竟證囊吭簍巫羽留砍掂姑胖轄潮芳嬸鎢牟撥鳥伐眶貪淫豫感詣驅(qū)唐鉤臉景硫謝礁丫嘶貿(mào)綜臆憐涵鈔薄耙邏鋅籠說嗎階冗隔兇號(hào)唉炮位斬臣秧紅習(xí)寐已蔫涪或咆猿際哇鈉蕩漂碧彈壩檢謠刻替癰已緊土儉酌齒慌被香氓圈扮沛腆旭烴禿期俞淚倒囤鑼盼藹盛猴呻呢浸墑鉑獅印基于步進(jìn)電機(jī)

4、的自動(dòng)平衡系統(tǒng)基于步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)平衡系統(tǒng)摘 要本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用89c52單片機(jī)為控制，利用角度傳感器，跟蹤單擺的角度來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)的角度，實(shí)現(xiàn)平木板與地面保持水平的功能。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測(cè)試結(jié)果分析。關(guān)鍵詞：角度傳感器，步進(jìn)電機(jī)，stc89c52rcabstract the system requirements for the purpose of a design, using 89c52 microcontroller to control the use of angle sensors,

5、 tracking the angle of the pendulum to control the angle of the stepper motor turn maintain the level of wood to achieve the level with the surface features. the whole system simple circuit structure, high reliability. real test results meet the requirements, this article focuses on the system hardw

6、are design and test results. keywords: angle sensor, stepper motor, stc89c52rc目 錄abstract2目 錄3第一章 前言4第二章 方案設(shè)計(jì)與論證5一、實(shí)現(xiàn)方法與框架5（一）實(shí)現(xiàn)方法5（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架5二、控制器模塊5三、角度檢測(cè)模塊6四、角度調(diào)整模塊6五、電源模塊7第三章 電路硬件設(shè)計(jì)8一、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)8（一）l297與單片機(jī)接口圖8（二）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路8二、角度傳感器9三、ad 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)9四、硬件支架圖10五、單片機(jī)最小系統(tǒng)11（一）單片機(jī)主模塊11（二）通訊模塊13六、其他元器件簡(jiǎn)介13（一）l297的

7、工作原理介紹13（二）l298n引腳圖15（三）l297/l298組合應(yīng)用實(shí)例16（四）adc8032資料16第四章 軟件設(shè)計(jì)17一、軟件設(shè)計(jì)說明17二、任務(wù)流程圖和模塊框圖19第五章 系統(tǒng)功能和調(diào)試20一、測(cè)試方法與儀器20（一）測(cè)試儀器20（二）測(cè)量方法20二、系統(tǒng)功能20第六章 總結(jié)21致謝22參考文獻(xiàn)23附錄a 程序清單24第一章 前言 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的控制電機(jī)。目前，數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和永磁材料的迅速發(fā)展，推動(dòng)了步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展。本設(shè)計(jì)針對(duì)目前各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)化的需要，采用stc89c51單片機(jī)與l297，l298n驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)獨(dú)立工作，將它

8、應(yīng)用于各種復(fù)雜的控制領(lǐng)域，能使許多半自動(dòng)控制的系統(tǒng)完全成為真正的全自動(dòng)，特別是用在機(jī)器人等領(lǐng)域，能極大的提高生產(chǎn)力和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。由于步進(jìn)電機(jī)具有快速啟動(dòng)、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，因而在數(shù)控機(jī)床，繪圖儀，打印機(jī)以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。 第二章 方案設(shè)計(jì)與論證一、實(shí)現(xiàn)方法與框架（一）實(shí)現(xiàn)方法 本題要求做一個(gè)單擺，擺桿不得受重力以外的任何外力控制，在單擺被給任意角度后，做自由擺動(dòng)，期間，單擺下部的平板時(shí)刻保持與水平面平衡。我們利用步進(jìn)電機(jī)與角度傳感器來保持下部的平板始終保持與水平面齊平，從而達(dá)到各項(xiàng)功能。（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架 本設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)能能控制步進(jìn)電機(jī)的起/停、轉(zhuǎn)向、加/減速和位置

9、控制。在熟悉好各芯片的性能特點(diǎn)后，接下來就是分配好各芯片的控制任務(wù)。單片機(jī)主要完成脈沖的分配，使步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，通過程序設(shè)定，從單片機(jī)的i/o口輸出一系列有規(guī)律的脈沖信號(hào)；由于直接輸出的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率有限，很難直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以必須經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行脈沖放大，本設(shè)計(jì)采用的l297與l298n芯片能解決這個(gè)問題，它可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)。利用單片機(jī)程序分配好控制字的存儲(chǔ)單元，以及相應(yīng)的內(nèi)存地址賦值，使單片機(jī)能控制步進(jìn)電機(jī)的起停、換向順序、速度和位置變化。二、控制器模塊方案一：采用atmel 公司的stc89c52rc。52單片機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛，但是功能

10、單一，如果系統(tǒng)需要增加語音播報(bào)功能，還需外接語音芯片，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜；另外52 單片機(jī)需要仿真器來實(shí)現(xiàn)軟硬件調(diào)試。方案二：采用8位st62t系列，st6系列一直以來都是面向簡(jiǎn)單強(qiáng)勁的成本敏感型應(yīng)用的安全并受到廣泛歡迎的選擇，其中包括家庭應(yīng)用、數(shù)字消費(fèi)類設(shè)備和電機(jī)控制。st6器件采用16引腳到28引腳封裝，內(nèi)部集成了1到4kb的otp（一次性可編程）或rom存儲(chǔ)器。 根據(jù)本題的要求，我們選擇第一種方案三、角度檢測(cè)模塊 角度檢測(cè)模塊在這個(gè)系統(tǒng)中起到了絕對(duì)重要的作用，由于單擺的過程中角度的變化以及變化的速度都是不同的，為了讓步進(jìn)電機(jī)跟隨單擺而不停的改變平板的角度實(shí)現(xiàn)平板與水平面齊平。我們歸類了以下幾個(gè)

11、方案：方案一：采用北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司生產(chǎn)的gc03-sp2000，機(jī)械角度：360°線性度 ±0.5% ，±0.2%。額定功率 2w（70°c）。最高工作電壓 30v方案二：采用北京中西泰技術(shù)服務(wù)有限公司所產(chǎn)gc03-wds36-a-90d 。輸出信號(hào) 4-20 ma （另有0-5v/0-10v輸出可選），工作電壓 12-24v dc，線性度 ±0.5% （±0.2%，±0.1%高精度需說明），額定功率 2w（70°c），溫度系數(shù) <400ppm/°c，絕緣電壓 750v，電氣角度 90

12、76;【30，60，90，180，300，345°（標(biāo)準(zhǔn)）可選 】。方案三：采用自己制作的由一個(gè)47k 的電位器加一個(gè)電壓跟隨器，型號(hào)op177和adc0832組合單擺的軸承，通過電壓的改變來確定單擺擺過平衡位置的角度。在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，考慮到接口、安裝方便等因素,我們選擇了方案三。四、角度調(diào)整模塊方案一：選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)調(diào)整傾斜角度，使平臺(tái)平衡，步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、 1.8°， 在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。

13、當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般還應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降。步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象。運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)，需要與伸縮桿連用，步進(jìn)電機(jī)控制伸縮桿伸縮來達(dá)到調(diào)整角度的目的。方案二：選用偏心輪帶動(dòng)桌面從而來調(diào)整傾斜角度當(dāng)單片機(jī)把桌面傾斜的信息傳給偏心輪，偏心輪帶動(dòng)桌面做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以此來調(diào)整角度。但偏心輪的缺點(diǎn)是不善于傳遞動(dòng)力。方案三：選用金屬齒輪微型舵機(jī)調(diào)整桌面的傾斜舵機(jī)具有以下一些特點(diǎn)：1) 體積緊湊，便于安裝； 2) 輸出力矩大，穩(wěn)定性好； 3) 控制簡(jiǎn)單，便

14、于和數(shù)字系統(tǒng)接口，用單片機(jī)來控制。 舵機(jī)的控制信號(hào)是一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)，因?yàn)樵诿}沖信號(hào)的輸出可以用定時(shí)器的溢出中斷函數(shù)來處理，時(shí)間很短，因此在精度要求不高的場(chǎng)合可以忽略。通過編程就可以讓舵機(jī)從-90度變化到+90度。題目中對(duì)于角度精度的要求是<3°。傾斜度在20°范圍之內(nèi)。所以金屬微型舵機(jī)完全能夠滿足題目要求。舵機(jī)的速度決定于給予它的信號(hào)脈寬的變化速度。將脈寬變化值線性到要求的時(shí)間內(nèi)，一點(diǎn)一點(diǎn)的增加脈寬值，就可以控制舵機(jī)的速度。 因此，我們選擇方案三。五、電源模塊方案一：鉛酸電池供電，優(yōu)點(diǎn)電流大，缺點(diǎn)重量太沉。方案二：電池組供電，可提供800mah電流，重量很輕。經(jīng)比較

15、，我們選擇方案二，用兩組9v電池組串聯(lián)給步進(jìn)電機(jī)供電，其中一組經(jīng)lm6210轉(zhuǎn)換后給控制器、傳感器等模塊使用。第三章 電路硬件設(shè)計(jì)一、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（一）l297與單片機(jī)接口圖（二）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路l297加驅(qū)動(dòng)器組成的步進(jìn)電機(jī)控制電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：使用元件少，組件的損耗低，可靠性高體積小，軟件開發(fā)簡(jiǎn)單，并且計(jì)算機(jī)(或單片機(jī))硬件 費(fèi)用大大減少。l297與l298配合使用控制雙極步進(jìn)電機(jī)工作電流可達(dá)2.5a；如與l293e配套使用，步進(jìn)電機(jī)繞組電流。下圖為l297和l298組成的控制驅(qū)動(dòng)器的線路圖。l297的特性是只需要時(shí)鐘、方向和模式輸入信號(hào)。相位是由內(nèi)部產(chǎn)生的，因此可減輕計(jì)算機(jī)(或單片機(jī)

16、)和程序設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。l298芯片是一種高壓、大電流雙h橋式驅(qū)動(dòng)器。系統(tǒng)的總電路設(shè)計(jì)如下圖所示，此電路由stc89c51、l297、l298n、4相4拍步進(jìn)電機(jī)器以及相關(guān)的電路組成。利用單片機(jī)的并行i/o口的部分引腳（p0.0p0.6）連接驅(qū)動(dòng)芯片，各個(gè)端口直接與驅(qū)動(dòng)芯片l297直接相連，l297與l298n共用一個(gè)+5v的電源，輸出+36v的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓；l298n的2、3、13、14四個(gè)輸出引腳直接與四相四拍的步進(jìn)電機(jī)相連。 二、角度傳感器 采用自己制作的由一個(gè)47k 的電位器加一個(gè)電壓跟隨器（型號(hào)op177）和adc0832組合單擺的軸承，通過電壓的改變來確定單擺擺過平衡位置的角度。三

17、、ad 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)adc0832 與單片機(jī)的接口電路： 正常情況下adc0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是cs、clk、do、di。但由于do端與di端在通信時(shí)并未同時(shí)使用并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以在i/o口資源緊張時(shí)可以將do和di并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)adc0832未工作時(shí)其cs輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，clk 和do/di 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將cs使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘（clk）輸入端輸入時(shí)鐘脈沖，do/di端則使用di端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之

18、前di端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第二、三個(gè)脈沖下沉之前di端應(yīng)輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。四、硬件支架圖 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)自由擺上的平板控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)下圖所示。擺桿的一端通過轉(zhuǎn)軸固定在一支架上，另一端固定安裝一臺(tái)電機(jī)，平板固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上；當(dāng)擺桿擺動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以控制平板轉(zhuǎn)動(dòng)。五、單片機(jī)最小系統(tǒng)（一）單片機(jī)主模塊單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng).對(duì)51系列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、電源、晶振電路、復(fù)位電路.下面給出一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。說明1、復(fù)位電路:此處用rc諧振電路構(gòu)成上電復(fù)位電路。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期

19、以上高電平有效時(shí)為有效，用來完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作，復(fù)位后，單片機(jī)從新開始執(zhí)行程序。2、晶振電路給單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，這里選擇的晶振頻率為11.0592mhz，外接兩個(gè)諧振電容。該電容選擇30pf。3、單片機(jī):一片at89s51/52或其他51系列兼容單片機(jī)特別注意:對(duì)于31腳(ea/vpp),當(dāng)接高電平時(shí),單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部rom的0000h開始執(zhí)行;當(dāng)接低電平時(shí),復(fù)位后直接從外部rom的0000h開始執(zhí)行.因此可以看出,其實(shí)要熟悉51單片機(jī)的40個(gè)引腳功能也很容易，總共40個(gè)腳,電源用2個(gè)(vcc和gnd),晶振用2個(gè),復(fù)位1個(gè),ea/vpp用1個(gè),剩下還有34個(gè).29腳psen,3

20、0腳ale為外擴(kuò)數(shù)據(jù)/程序存儲(chǔ)器時(shí)才有特定用處,一般情況下不用考慮,這樣,就只剩下32個(gè)引腳,這32個(gè)引腳就是要經(jīng)常跟它們打交道的了.它們是:p0端口p0.0p0.7共8個(gè)p1端口p1.0p1.7共8個(gè)p2端口p2.0p2.7共8個(gè)p3端口p3.0p3.7共8個(gè)（二） 通訊模塊max232芯片引腳結(jié)構(gòu)和外圍電路連接如圖所示：本系統(tǒng)采用max232實(shí)現(xiàn)ttl電平與rs-232電平的轉(zhuǎn)換。max芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變壓器，可以把輸入的+5v電源電壓變換成為rs-232輸出電平所需的+12v電壓。所以，采用此芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5v電源就可以了。max232的電容c301, c302，c

21、303，c304,及v+，v-是電源變換電路部分。按照芯片資料，此處選用0.1uf的非極性瓷片電容來設(shè)計(jì)電路，在具體設(shè)計(jì)電路時(shí)，這四個(gè)電容要靠近max232芯片，以提高抗干擾能力。 在此設(shè)計(jì)圖中使用直通接法，數(shù)據(jù)傳輸過程如下：max232的10腳t1in接單片機(jī)的txd端p3.1,ttl電平從單片機(jī)的txd端發(fā)出，經(jīng)過max232轉(zhuǎn)換成rs-232電平后從max232的7腳t2out發(fā)出，在連接到串口座的第2腳，再通過平行串口線連接到pc機(jī)的串口座的第2腳rxd端，直至計(jì)算機(jī)接收到數(shù)據(jù)。pc機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)從pc機(jī)串口座的第3腳txd端發(fā)出數(shù)據(jù)，再逆向流向單片機(jī)的rxd端p3.0接收數(shù)據(jù)。六、其他

22、元器件簡(jiǎn)介（一）l297的工作原理介紹 l297是意大利sgs半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制器，它能產(chǎn)生4相控制信號(hào)，可用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機(jī)，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進(jìn)電機(jī)。芯片內(nèi)的pwm斬波器電路可開關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電機(jī)繞組中的電流。該集成電路采用了sgs公司的模擬/數(shù)字兼容的i2l技術(shù)，使用5v的電源電壓，全部信號(hào)的連接都與tfl/cmos或集電極開路的晶體管兼容。l297的芯片引腳特別緊湊，采用雙列直插20腳塑封封裝，其引腳見下圖。 在l297的內(nèi)部，變換器是一個(gè)重要組成部分。變換器由一個(gè)三倍計(jì)算器加某些組合邏輯電路組成，產(chǎn)生一個(gè)基本的

23、八格雷碼。由變換器產(chǎn)生4個(gè)輸出信號(hào)送給后面的輸出邏輯部分，輸出邏輯提供禁止和斬波器功能所需的相序。為了獲得電動(dòng)機(jī)良好的速度和轉(zhuǎn)矩特性，相序信號(hào)是通過2個(gè)pwm斬波器控制電動(dòng)波器包含有一個(gè)比較器、一個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)外部檢測(cè)電阻，晶片內(nèi)部的通用振蕩器提供斬波頻率脈沖。每個(gè)斬波器的觸發(fā)器由振蕩器的脈沖調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載電流提高時(shí)檢測(cè)電阻上的電壓相對(duì)提高，當(dāng)電壓達(dá)到uref時(shí)(uref是根據(jù)峰值負(fù)載電流而定的)，將觸發(fā)器重置，切斷輸出，直至第二個(gè)振蕩脈沖到來、此線路的輸出(即觸發(fā)器q輸出)是一恒定速率的pwm信號(hào)，l297的control端的輸入決定斬波器對(duì)相位線a，b，c，d或抑制線inh1和inh2起作用

24、。control為高電平時(shí)，對(duì)a，b，c，d有抑制作用；為低電平時(shí)，則對(duì)抑制線inh1和inh2有抑制作用，從而可對(duì)電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。（二）l298n引腳圖 l298是sgs(通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司)公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳multiwatt封裝的l298n，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)h橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46v、2a以下的電機(jī)。其引腳排列如上圖中所示。l298n的引腳9為logic supply voltage vss，即邏輯供應(yīng)電壓。引腳4為supply voltage vs，即驅(qū)動(dòng)部分

25、輸入電壓。vss電壓要求輸入最小電壓為4.5v，最大可達(dá)36v；vs電壓最大值也是36v，但經(jīng)過我的實(shí)驗(yàn)，vs電壓應(yīng)該比vss電壓高，否則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。它的引腳2，3，13，14為l298n芯片輸入到電動(dòng)機(jī)的輸出端，其中引腳2和3能控制兩相電機(jī)，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，即可控制一個(gè)電動(dòng)機(jī)。同理，引腳13和14也可控制一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。引腳6和11腳為電動(dòng)機(jī)的使能接線腳。引腳5，7，10，12為單片機(jī)輸入到l298n芯片的輸入引腳。下表是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系：en a（b）in1（in3）in2（in4）電機(jī)運(yùn)行情況hhl正轉(zhuǎn)hlh反轉(zhuǎn)h同in2（in4）同in1（in3）快速停止l

26、xx停止 控制使能引腳ena或者enb就可以實(shí)現(xiàn)pwm脈寬速度調(diào)整。1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號(hào)，也可以直接接地。在可設(shè)計(jì)中就將它們直接接地。l298n是內(nèi)含二個(gè)h橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)46v,2a以下電機(jī),1和15腳可單獨(dú)引出接電流采樣電阻器,形成電流傳感信號(hào).接錯(cuò)無法控制電機(jī).引腳8為芯片的接地引腳，它與l298n芯片的散熱片連接在一起。由于本芯片的工作電流比較大，發(fā)熱量也比較大，所以在本芯片的散熱片上又連接了一塊鋁合金，以增大它的散熱面積。該芯片的一些參數(shù)如下：(1) 邏輯部分輸入電壓：67v(2) 驅(qū)動(dòng)部分輸入電壓vs：4.846v(3) 邏

27、輯部分工作電流iss：36ma(4) 驅(qū)動(dòng)部分工作電流io：2a(5) 最大耗散功率：25w（t=75）(6) 控制信號(hào)輸入電平（高電平：2.3vvinvss，低電平：-0.3vvin1.5v）(7) 工作溫度：-25130(8) 驅(qū)動(dòng)形式：雙路大功率h橋驅(qū)動(dòng)（三）l297/l298組合應(yīng)用實(shí)例l297和l298組合控制驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)可用于如打印機(jī)的托架位置、記錄儀的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以及打字機(jī)、數(shù)控機(jī)床、軟盤驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人、繪圖機(jī)、復(fù)印機(jī)、閥門等設(shè)備和裝置。（四）adc8032資料 adc0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道a/d轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深

28、受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用adc0832 可以使我們了解a/d轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。adc0832 具有以下特點(diǎn)：· 8位分辨率；· 雙通道a/d轉(zhuǎn)換；· 輸入輸出電平與ttl/cmos相兼容；· 5v電源供電時(shí)輸入電壓在05v之間；· 工作頻率為250khz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32s；· 一般功耗僅為15mw；· 8p、14pdip（雙列直插）、picc 多種封裝；· 商用級(jí)芯片溫寬為0°c to +70°c，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為40°

29、c to +85°c； 芯片頂視圖：芯片接口說明：· cs_ 片選使能，低電平芯片使能。· ch0 模擬輸入通道0，或作為in+/-使用。· ch1 模擬輸入通道1，或作為in+/-使用。· gnd 芯片參考0 電位（地）。· di 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。· do 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。· clk 芯片時(shí)鐘輸入。· vcc/ref 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。第四章 軟件設(shè)計(jì)一、軟件設(shè)計(jì)說明 在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用

30、程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對(duì)于本系統(tǒng)，軟件更為重要。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個(gè)基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。 為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通常把整個(gè)過程分成若干個(gè)部分，每一部分叫做一個(gè)模塊。所謂“模塊”，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。模塊程序設(shè)計(jì)法的主要優(yōu)點(diǎn)是：1、單個(gè)模塊比起一個(gè)完整的程序易編寫及調(diào)試；2、模塊可以共存，一個(gè)模塊可以被多個(gè)任務(wù)在不同條件下調(diào)用；3、模塊程序允許設(shè)計(jì)者

31、分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計(jì)者提供方便。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序定時(shí)子程序、避障子程序中斷子程序顯示子程序調(diào)速子程序算法子程序構(gòu)成。二、任務(wù)流程圖和模塊框圖第五章 系統(tǒng)功能和調(diào)試一、測(cè)試方法與儀器（一）測(cè)試儀器測(cè)試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、精度米尺，直流穩(wěn)壓電源等。（二）測(cè)量方法1、用精度米尺按要求測(cè)量好平板的長(zhǎng)度寬度，確保平板長(zhǎng)度為10cm x 6cm。2、用數(shù)字萬用表對(duì)電路每個(gè)輸出端進(jìn)行測(cè)量保證電路不出任何問題。二、系統(tǒng)功能 通過各硬件與軟件模塊使單擺在擺動(dòng)的過程中，讓步進(jìn)電機(jī)通過傳感器對(duì)角度的感應(yīng)來調(diào)整平板與水平面的角度從而實(shí)現(xiàn)平板始終保持與水平面齊平。第六章 總結(jié) 本設(shè)計(jì)首

32、先分析了stc89c51單片機(jī)、l297、l298n驅(qū)動(dòng)電路以及步進(jìn)電機(jī)的基本原理和特點(diǎn)，其次逐步分析各自的連接原理及步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)啟停、加速、轉(zhuǎn)向、位置控制的方案，接著綜合性地闡述整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及組成框圖。該系統(tǒng)主要是通過寫入單片機(jī)中的程序進(jìn)行控制，從i/o口輸出控制脈沖，經(jīng)過l297、l298n驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行處理，輸出能直接控制步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)，但具有一定的測(cè)量精度，其方法的最大優(yōu)點(diǎn)是軟件簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、轉(zhuǎn)換速度快。致謝 參考文獻(xiàn)1 陳海宴，51單片機(jī)原理與應(yīng)用 北京航空航天出版社2 張義和 例說51單片機(jī)（c語言版）（第3版）人民郵電出版社3 何希才,新型實(shí)用電子電路400例,電子工業(yè)出版

33、社,2000年,60654 趙負(fù)圖,傳感器集成電路手冊(cè),第一版,化學(xué)工業(yè)出版社,2004,5905915 陳伯時(shí),電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng),第二版,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000年6月,1271306 張毅剛,彭喜元,新編mcs-51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì),第一版,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003,2527,411417附錄a 程序清單push      a                 ；保護(hù)現(xiàn)

34、場(chǎng)      mov      r4，#n            ；設(shè)置步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器      clr       c             

35、0;   ；轉(zhuǎn)向標(biāo)志為1，轉(zhuǎn)移orl       c,d5hjc         rotemov         r0,#20h                ；正轉(zhuǎn)控制字首址ajmp  &

36、#160;     looprote:    mov         r0,27h                 ；反轉(zhuǎn)控制字首址loop:    mov         a，r

37、0mov         p1，a                  ；輸出控制脈沖acall       dly              

38、0;     ；調(diào)用延時(shí)程序inc          r0                      ；控制字存儲(chǔ)地址增1mov         a，#00h. 

39、0;       orl          a，r0                ；是結(jié)束標(biāo)志轉(zhuǎn)移jz        tpl loop1： djnz  r4，loop    &#

40、160;   ；步數(shù)不為0，轉(zhuǎn)移pop          arertpl：    mov         a，r0                  ；恢復(fù)控制字首址clr   &

41、#160;     csubb        a，#06hmov        r0，aajmp loop1dly：    mov        r2，#mdly1：   mov        a，#m1loop： &#

42、160; dec        ajnz        loopdjnz     r2，dly1               ret主程序：orc           &

43、#160;  0000h              sjmp         start             org          000bh  

44、60;          ljmp         int0             org          0030hstart：     mov  

45、60;      dptr，addr16           ;t0初值地址指針             mov         r3，1bh         

46、      ；賦頻率階梯記數(shù)器值             mov         r2，1ah               ；賦階梯步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器值     

47、60;       clr          c              orl          c，73h          

48、0;  jc            rote             mov         r0，#20h               ；

49、正轉(zhuǎn)控制字首址             ajmp         phrote：      mov         r0，#27h           

50、0;   ；反轉(zhuǎn)控制字首址ph：         mov         tmod，#01h           ；t0方式1定時(shí)             mov   &

51、#160;     tl0，#00h              ；置t0初值mov         th0，        #00h   setb        tr0  

52、;                  ；啟動(dòng)t0setb        et0                    ；允許t0中斷l(xiāng)oop：  &#

53、160;    mov         a，r3                  ；等待中斷              jnz     &

54、#160;     loop              clr          ea                    ；cup關(guān)中斷 

55、;             sjmp          $                     ；結(jié)束  中斷服務(wù)程序：int0：    

56、;     push         a                      ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)               mov

57、          a，r0               mov          p1, a               

58、60;                    inc           r0               mov     

59、60;    a, #00h               orl          a, r0               jz      

60、      tpl                    ；是結(jié)束標(biāo)志，轉(zhuǎn)rr:            dec          r2  &

61、#160;                  ；步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器減1               mov         a, #00h      

62、0;         orl          a, r2                jz            thl    

63、;               ；階梯步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器為0，轉(zhuǎn)prl:            clr          c            

64、    clr          c, 71h  jnc            rotel           ；是降頻，轉(zhuǎn)移           &

65、#160;   mov           a, #00h               movc          a, a+dptr         

66、0;     mov           tl0,a            ；升頻t0賦初值低8位               mov      &#

67、160;     a, #01h               movc          a, a+dptr               mov    

68、;        th0,a           ；升頻t0賦初值高8位               ajmp           qq     &#

69、160;      rotel:        mov            a, #80h               movc       

70、60;  a, a+dptr               mov            tl0,a           ；降頻t0賦初值低8位 mov      

71、0;       a, #81h               movc            a, a+dptr               mov&

72、#160;             th0,a           ；降頻t0賦初值高8位qq:            pop            

73、  a                ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)               reti                  

74、;             ；中斷返回thl:           djnz             r3,at            ；頻率階梯減1

75、不為0，轉(zhuǎn)               ajmp             qqat:            mov