汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第II頁摘要IV.AbstractV.刖 言1.第一章 汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和主要特點(diǎn) 21.1汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 21.2方案的選擇設(shè)計(jì)與原理方框圖 21.2.1控制方案比較 2.1.2.2原理方框圖5.1.3汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 5第二章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6.2.1 電源電路的設(shè)計(jì)與分析 6.2.2中央控制器AT89C20518.2.2.1 AT89C2051的特點(diǎn).8.2.2.2 AT89C2051的功能描述 82.2.3 AT89C2051的管角說明92.3電機(jī)控制電路分析與設(shè)計(jì)122.3.1 步進(jìn)電機(jī)的基本原理及特點(diǎn) 1.

2、22.3.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片162.3.3 步進(jìn)電與驅(qū)動(dòng)芯片連接電路設(shè)計(jì) 2 02.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)202.4.1 單片機(jī)復(fù)位電路基本原理及特點(diǎn) 2 02.4.1 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)的分析 212.5時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)與工作原理分析 232.5.1振蕩器特性 232.5.2時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)232.5.3單片機(jī)的基本時(shí)序單位242.6檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)與分析 252.6.1雨水傳感器工作原理 252.6.2硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)26第三章 汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)29貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第II頁貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第II頁3.1主程序設(shè)計(jì) 293.1.1主程序的初始化內(nèi)容303.1.2代碼轉(zhuǎn)

3、換程序303.2中斷服務(wù)程序303.2.1中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì) 313.3檢測(cè)脈沖及電機(jī)運(yùn)行程序的設(shè)計(jì) 32第四章汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試334.1電路圖的繪制與 PCB板的制作 .334.1.1電路圖的繪制9 334.1.2 PCB板的制作334.2元件的識(shí)辯與檢測(cè) 354.3元件的安裝焊接與系統(tǒng)功能調(diào)試 364.3.1元件安裝的基本要求與原則 364.3.2元器件的焊接374.3.3系統(tǒng)調(diào)試與分析38總 結(jié)39參考文獻(xiàn)40致謝41.附 錄42附錄一 汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序清單 42附錄二 汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路原理圖 46附錄三 汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路PCB4 7貴

4、州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第III頁附錄四汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)元件圖 48貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第IV頁汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)主要完成以傳感器作為檢測(cè)器并通過軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)適時(shí)地對(duì)雨刷 電機(jī)的轉(zhuǎn)停、正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車雨刷的自動(dòng)控制。 這次設(shè)計(jì)是傳感器 技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用， 并且設(shè)計(jì)中運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)代替?zhèn)?統(tǒng)的雨刷電機(jī)，通過傳感器檢測(cè)到的雨量大小的信號(hào)，把信號(hào)輸入單片機(jī) AT89C2051中通過程序控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度及正反轉(zhuǎn)時(shí)間。設(shè) 計(jì)中運(yùn)用TA8435H作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，其是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式， 這樣能克服步進(jìn)電機(jī)在低

5、頻工作時(shí)， 會(huì)有振動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)。此設(shè)計(jì)能免去 駕駛員對(duì)雨刷的反復(fù)操作，提高了駕駛的安全性和舒適性，減少由于駕駛員對(duì)雨 刷操作帶來的交通事故，也大大提高了汽車雨刷運(yùn)行的可靠度。關(guān)鍵詞：汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)，單片機(jī)，傳感器，步進(jìn)電機(jī)貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第V頁Automatic wipers Con trol System Desig nAbstractThe sen sors desig ned main ly to the completi on as a detector and software desig n to achieve a timely manner on the

6、 wipers to stop the motor, and are to reverse in order to achieve the automatic con trol of the vehicle wipers. The desig n is moder n sen sor tech no logy and con trol tech no logy in the automobile manu facturi ng in dustry in the applicati on and use of the desig n of the stepper motor in stead o

7、f the traditi onal wipers motors, sen sors detected by the size of the rain fall sig nal, the sig nal in put in the SCM AT89C2051 Stepper motor con trolled by the start of motor rotati on speed and positive and time. Design TA8435H use as a stepping motor driver chip, it is the PWM chopper drive, so

8、 overcome stepper motor in the low-freque ncy work, there will be vibratio n, no ise major shortco min gs. This desig n can be removed from the driver of the wipers of repeatedoperations, improve driving safety and comfort, reduce the pilot operati on of the wipers the accide nt, greatly impro ving

9、the reliability of the car wipers running.Keyword : SCM, Sensors Stepper motor, Automatic wipers Control SystemDesig n貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第1頁、八前在汽車制造業(yè)飛速發(fā)展的今天，汽車中已經(jīng)安裝了越來越多的自動(dòng)控制系統(tǒng)增 加主動(dòng)和被動(dòng)安全性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界雨天行車有 7%的事故是由于駕駛員手動(dòng)操 作雨刷引起的，所以，一種具有極高可靠性能的汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)顯的非常的 重要，汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)使駕駛員免除手動(dòng)操作雨刷的麻煩，有效地提高了雨天行車的安全性和雨刷的可靠度。國

10、內(nèi)外許多汽車廠商研制以雨水傳感器為基礎(chǔ)的 汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的雨刮器， 但不是價(jià)格昂貴就是系 統(tǒng)不完善?，F(xiàn)在開發(fā)的汽車雨刷控制系統(tǒng)中，將雨滴傳感器檢出的雨水強(qiáng)度實(shí)成時(shí) 測(cè)量值變電信號(hào)，根據(jù)電信號(hào)的大小，自動(dòng)設(shè)定雨刮器工作的時(shí)間間隔， 控制雨刮 器動(dòng)作。目前市場(chǎng)上的雨水傳感器大都是依據(jù)以下三種工作原理制成的：利用壓電振子的傳感器、利用靜電電容的傳感器、利用光強(qiáng)變化的傳感器與控制器相連接， 控制雨刷電機(jī)的工作。第一種和第二種是要把雨水傳感器安裝在汽車的外面，雨滴直接滴在傳感器上，第三種把雨水傳感器安裝在風(fēng)擋玻璃駕駛室上，第三種把雨水傳感器安裝在風(fēng)擋玻璃駕駛室一側(cè)，通過雨滴滴

11、落在玻璃上引起反射光強(qiáng)的變化感 應(yīng)傳感器。本次設(shè)計(jì)的汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)是基于 AT89C2051單片機(jī)、汽車雨量傳感 器和雨刷電機(jī)并通過軟硬件的設(shè)計(jì)綜合實(shí)現(xiàn)的。而且本系統(tǒng)中采用步進(jìn)電機(jī)取代傳 統(tǒng)的雨刷電機(jī)（傳統(tǒng)雨刷電機(jī)為直流電機(jī)），目的是運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)控制精度高等特 點(diǎn)，使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠。本次設(shè)計(jì)也綜合應(yīng)用之前學(xué)校所學(xué)的單片機(jī)、微機(jī)控制、電路設(shè)計(jì)、電機(jī)拖動(dòng)等方面的知識(shí)，進(jìn)一步了鞏固我們的本專業(yè)知識(shí)?？紤]到 設(shè)計(jì)成本，設(shè)計(jì)運(yùn)用的這些材料相對(duì)于其他同類產(chǎn)品價(jià)格非常底。此次設(shè)計(jì)中我們采用了單片機(jī)系統(tǒng)的微處理器 AT89C2051芯片、TA8435H步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片等硬 件，而且它們具有集成化，智

12、能化，高精度，高性能，高可靠性和低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)。 所以汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)是個(gè)值得推廣的一種方法，且具有很好的市場(chǎng)推廣價(jià) 值。貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第4頁第一章汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和主要特點(diǎn)本章重點(diǎn)產(chǎn)闡述汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、控制方案的比較、設(shè)計(jì)電路的原理框圖以及本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。1.1汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路是：運(yùn)用汽車雨量傳感器對(duì)環(huán)境雨量大小的檢測(cè)，把信號(hào)輸單片機(jī)系統(tǒng)，通過程序控制步進(jìn)電機(jī)根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境做出不同的轉(zhuǎn)動(dòng)。比如當(dāng)小雨時(shí)，雨刮器自動(dòng)工作在小雨運(yùn)行方案（雨刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)來回后停止10S后繼續(xù) 運(yùn)行），當(dāng)中大雨時(shí)，雨刮器自動(dòng)工作在中

13、大雨運(yùn)行方案（雨刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)來回 后停止5s后繼續(xù)運(yùn)行），當(dāng)大雨時(shí)，雨刮器自動(dòng)工作在大雨運(yùn)行方案（雨刷電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)一個(gè)來回后繼續(xù)運(yùn)行）。設(shè)計(jì)中單片機(jī)運(yùn)用 AT89C2051，步進(jìn)電機(jī)用TA8435H 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。1.2方案的選擇設(shè)計(jì)與原理方框圖本系統(tǒng)主要由電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、中央處理單元等組成。系統(tǒng)中所用的單片 機(jī)為AT89C2051單片機(jī)，其是一種性能優(yōu)良的集成可編程的單片機(jī)，其功能的強(qiáng) 大，它把CPU、存儲(chǔ)器、及I/O集成到一個(gè)芯片上，只要外加少許電子零件便可以 構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)用細(xì)分發(fā)進(jìn)行控制，這樣可以使電機(jī)工作更 穩(wěn)定，并通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車雨刷的控制。 通過這些可以降低

14、設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品的硬 件成本和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1.2.1控制方案比較設(shè)計(jì)中運(yùn)用的單片機(jī)為 AT89C2051,它的指令集和引腳結(jié)構(gòu)與INTEL公司的 MCS - 51系列單片機(jī)高度兼容，加上我們也學(xué)習(xí)過該類型的單片機(jī)，應(yīng)用相對(duì)順 手。在傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)中大多采用直流電機(jī)，但綜合考慮，采用了步進(jìn)電機(jī)作為雨刷電極。設(shè)計(jì)中鍵盤、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的也需要做出合理的選擇，下面對(duì)幾種主要器件進(jìn)行比較(1) AT89C1051、AT89C2051 的比較選擇AT89C1051是一種帶1K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FLASH ROM）的 低電壓、高性能CMOS 8位微控制器，該器件采用ATMEL高密度、非易失

15、存儲(chǔ)器 制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能 8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的AT89C1051是一種高效微 控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一種靈活性高且價(jià)廉的解決方案。AT89C1051有以下特點(diǎn)：1k 字節(jié) EPROM、64 字節(jié) RAM、15 根 I/O 線、2 個(gè) 16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)全雙向的串行口、并且內(nèi)含精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，具有 4.25V至5.5V的電壓工作范圍和12MHz/24MHz工作 頻率，同時(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖、掉電和時(shí)鐘電路等。此外， AT89C105

16、1還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式。 空閑時(shí)，CPU停止，而讓RAM、 定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。AT89C2051結(jié)構(gòu)與可實(shí)現(xiàn)的功能跟AT89C1051基本一樣，只是閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FLASH ROM）升級(jí)到2K，還有內(nèi)部RAM為128字節(jié)。由上可知，為了降低難度，增加系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，因?yàn)樵谫F陽的電子城 中AT89C2051容易購買，所以選用了 AT89C2051。（2）電機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)中運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨刷電極（傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)為直流電機(jī)）其相比傳統(tǒng)雨刷具有控制靈活、精度高等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槠涫羌兇獾臄?shù)字控制電動(dòng)機(jī)，它 將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?，即給一個(gè)脈沖，

17、步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)一個(gè)角度，因此非常合 適單片機(jī)控制，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的 頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只 有周期性的無累積誤差，精度高。在性能上相比步進(jìn)電機(jī)很適合做雨刷電機(jī)，且在價(jià)格方面步進(jìn)電機(jī)也很便宜， 市場(chǎng)供貨也很多。所以設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)，根據(jù)汽車雨刷條件，選用12V的四相六線制步進(jìn)，其也可以作為兩相電機(jī)使用。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.3。貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第4頁n + o- B-圖1.3四相六線制步進(jìn)原理圖(3) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)的核心部分就是對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。最常用的是脈寬調(diào)制式

18、斬波驅(qū)動(dòng)方式，大多數(shù)專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片都采用這種驅(qū)動(dòng)方式調(diào)速 控制。TA8435H和L298都是比較常用，性能比較穩(wěn)定可靠的集成有橋式電路的電 機(jī)專用芯片。TA8435是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片 ，TA8435 主要由1個(gè)解碼器，2個(gè)橋式驅(qū)動(dòng)電路、2個(gè)輸出電流控制電路、2個(gè)最大電流限 制電路、1個(gè)斬波器等功能模塊組成。工作電壓范圍寬(10-40V)L298是ST公司生產(chǎn)的內(nèi)部集成有兩個(gè)橋式電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片，它驅(qū)動(dòng)的電壓可達(dá)到46V，單個(gè)橋直流電流可達(dá)到2A。具有兩個(gè)使能控制端口，分別控 制兩個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)。它可以外接電阻，把變化量反饋給控制電路。其外，L

19、298 的兩個(gè)橋式電路還可以并聯(lián)起來驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，直流電流可達(dá)到4A。其實(shí)對(duì)于本設(shè)計(jì)來說，上述兩塊芯片都可用。不過在市場(chǎng)上，TA8435H使用比較廣，而且控制起來也很方便，所以本設(shè)計(jì)選用TA8435H作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。(4) 雨量傳感器選擇目前市場(chǎng)上的雨水傳感器大都是依據(jù)以下三種工作原理制成的：利用壓電振子的傳感器、利用靜電電容的傳感器、利用光強(qiáng)變化的傳感器。第一種和第二種是要 把雨水傳感器安裝在汽車的外面， 雨滴直接滴在傳感器上，第三種把雨水傳感器安 裝在風(fēng)擋玻璃駕駛室一側(cè)，通過雨滴滴落在玻璃上引起反射光強(qiáng)的變化感應(yīng)傳感 器。相比較各類雨水傳感器的性能和價(jià)格， 設(shè)計(jì)中采用的是第三種方

20、案的雨量傳感 器，其是基于光強(qiáng)變化的原理，提出了一種新的紅外線雨水傳感器。 傳感器由紅外貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第7頁光發(fā)射電路和紅外光接收電路組成，實(shí)驗(yàn)證明，這種雨水傳感器反應(yīng)靈敏，實(shí)時(shí)性好，性能穩(wěn)定。1.2.2原理方框圖該系統(tǒng)主要由控制單元、檢測(cè)部分、驅(qū)動(dòng)部分和接口單元電路等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1.4所示。圖1.4汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯步進(jìn)電機(jī)1.3汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)基于單片機(jī)AT89C2051對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制制作型的汽車控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 有：?本設(shè)計(jì)運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)取代傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)，從而使控制精度增加，響應(yīng) 速度快，抗干擾能力強(qiáng)，外圍電路簡(jiǎn)單易懂。

21、?運(yùn)用單片機(jī)控制系統(tǒng)，程序固化了，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。?雨水感應(yīng)式自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)使駕駛員免除手動(dòng)操作雨刷的麻煩，有效 地提高了雨天行車的安全性。?設(shè)計(jì)中運(yùn)用元件價(jià)格便宜，適合推廣使用。?因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，因此體積小，功耗低。通過以上方案的分析，就可以知道單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的發(fā)展的重要部 分。采用單片機(jī)AT89C2051和步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合的汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方 案，無論是在性能，特點(diǎn)，還是原理圖上，或者是在電路設(shè)計(jì)上，材料選用上都具 有簡(jiǎn)單，使用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)第二章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)按功能主要分為：電源模塊、檢測(cè)模塊、單 片機(jī)控制模塊、電機(jī)控制

22、模塊。其中，AT89C2051單片機(jī)是整個(gè)電路的核心。附圖1就是汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)總電路圖。在本章下面的幾個(gè)小節(jié)中，我們根據(jù)附圖1所示的硬件設(shè)計(jì)圖，對(duì)各個(gè)模塊的 主要的一些電路進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和分析。2.1電源電路的設(shè)計(jì)與分析穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo（或電壓可調(diào)范圍Uomin UOmax）和最大輸出電流lomax 是它的特性指標(biāo)，這兩個(gè)指標(biāo)決定了該電源的適用范圍，同時(shí)也決定了穩(wěn)壓器的特性指標(biāo)以及如何選擇變壓器、整流管和濾波電容。而輸出電阻、紋波電壓、溫度系 數(shù)是穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)，它們決定了穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓系數(shù)、輸出阻抗、溫度系數(shù)和 濾波電容的選擇。圖2.1穩(wěn)壓電源原理圖因?yàn)橄到y(tǒng)是由單片機(jī)直接控制處

23、理， 其穩(wěn)定的電壓是十分重要的，所以我們?cè)O(shè) 計(jì)了一個(gè)穩(wěn)壓電源，如圖2.1所示，本設(shè)計(jì)中控制部分的邏輯元件需要 +5V的直流 電，而我們?cè)O(shè)計(jì)使用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定電壓為12V。這樣我們就需要兩個(gè)直流電源。為解決這個(gè)問題，我們采用雙路輸出的直流穩(wěn)壓電源。 直流穩(wěn)壓電源又分成線性直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，因?yàn)榫€性直流穩(wěn)壓電源電路成熟， 穩(wěn)定度高，文波小，干擾小而且。由上圖可見，這個(gè)雙路輸出的線形直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，只用了一個(gè)220V變12V的變壓器，一個(gè)整流橋，兩塊穩(wěn)壓集成電路（7812和7805）和四個(gè) 電容。圖中C1是一個(gè)大容量的電解電容，起到低頻濾波的作用。由于C1本身的電解比大

24、，對(duì)高頻交流成分的濾波效果比較差， 所以為了改善濾波電路的高頻抑制 特性，在C1傍邊并聯(lián)一個(gè)高頻濾波性能良好的小電容 C2。而直流穩(wěn)壓電路輸出端 的電容C3和C4是用作改善穩(wěn)壓電源電路的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性。三腳穩(wěn)壓塊選擇：該裝置中的穩(wěn)壓塊選用 LM7805和7812集成穩(wěn)壓塊。其原理都一樣，下面介紹LM7805系列集成穩(wěn)壓塊主要技術(shù)參數(shù)：輸入電壓：DC3V35V ;最大輸出電流：1.5A。LM7805系列穩(wěn)壓塊封裝：1腳為輸入端，2腳為公 共端，3腳為輸出端。注意事項(xiàng)：引腳不能接錯(cuò)，公共端不能懸空；為防止過熱 應(yīng)安裝散熱片，其內(nèi)部原理圖如圖 2.2所示，按圖我們來分析其原理：在本設(shè)計(jì)中 應(yīng)輸出電

25、壓為 Vo=5V，則當(dāng)Vo>5V時(shí)，T2的b極電壓上升，進(jìn)而T2的c極電壓 下降，進(jìn)而T1的b極電壓下降，進(jìn)而T1的Vce極電壓上升，進(jìn)而Vo趨于5V;反 之當(dāng)Vov5V時(shí)亦然。ViVo氏尹1 IL2.2三端穩(wěn)壓電源內(nèi)部圖貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第8頁2.2中央控制器 AT89C2051AT89C2051是由ATMEL公司推出的一種小型單片機(jī)。95年出現(xiàn)在中國市場(chǎng)。 其主要特點(diǎn)為采用Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與 MCS-51 完全兼容，可以很快被中國廣大用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試 驗(yàn)比較容易。2.2.1 AT89C2051 的特點(diǎn)AT89C2

26、051具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： AT89C2051與MCS-51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； 片內(nèi)有2k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器； 全靜態(tài)工作，工作范圍：0Hz24MHz ; 有2個(gè)程序保密位，保密位1被編程之后，程序存儲(chǔ)器不能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出； 128X 8位內(nèi)部RAM ; 32位雙向輸入輸出線； 兩個(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 兩個(gè)串行中斷，兩個(gè)外部中斷源； 內(nèi)置一個(gè)模擬比較放大器； 間歇和掉電兩種工作方式。2.2.2 AT89C2051的功能描述T89C2051是美國愛特梅爾(ATMEL CORPORATION )半導(dǎo)體制造公司生產(chǎn)的

27、 一種高性能的單片機(jī)，它的指令集和引腳結(jié)構(gòu)與INTEL公司的MCS 51系列單片 機(jī)高度兼容、低功耗、可以在接近零頻率下工作，廣泛的應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、 工業(yè)控制、電訊設(shè)備、宇航設(shè)備及消費(fèi)類產(chǎn)品中。由于ATMEL是全球最大的FLASH 和EEPROM生產(chǎn)制造公司，加之以其 EEPROM技術(shù)與INTEL的80C31內(nèi)核技術(shù) 交換，使ATMEL從此擁有80C31內(nèi)核的使用權(quán)，從而該公司的 89C51系列單片 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第14頁機(jī)具有極高的性能價(jià)格比。AT89C2051的性能結(jié)構(gòu)上是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)， 它將AT89C51的P0 口、 P2 口、EA/Vcc、ALE/PROG、

28、 口線簡(jiǎn)化后，形成的一種僅 20個(gè)引腳的單片機(jī)， 相當(dāng)于INTEL8031的最小應(yīng)用系統(tǒng)。這對(duì)于一些不太復(fù)雜的控制場(chǎng)合，僅用一片 AT89C2051就足夠了。由于將多功能的8位CPU和2KB閃速存儲(chǔ)器以及模擬電壓 比較器集成到單個(gè)芯片上，從而成為一種多功能的微處理器，這為許多嵌入式控制 提供了一種極佳的方案，使傳統(tǒng)的 51系列單片機(jī)的體積大、功耗大、可選模式少 等諸多困擾設(shè)計(jì)工程師們的致命弱點(diǎn)不復(fù)存在。AT89C2051的主要特點(diǎn)：2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FLASH EEPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM ），可重復(fù)擦寫10000次，數(shù) 據(jù)保存時(shí)間10年，

29、工作電壓范圍：2.76V,工作頻率：024MHz ,15根可編程I/O 引線，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口， 一個(gè)精密模擬比較器，兩級(jí)程序加密，輸出口可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示，低功耗的閑置和調(diào)電保護(hù)工作方式，以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。由于AT89C2051單片機(jī)功能強(qiáng)勁，且體積?。ㄐ酒挥?0個(gè)引腳），所以它在許多嵌入式和便攜式測(cè)控系統(tǒng) 中得到廣泛應(yīng)用，如機(jī)電式或電子式電度表，智能煤氣表，測(cè)速儀等智能儀器。2.2.3 AT89C2051的管角說明AT89C2051單片機(jī)為20引腳芯片如圖2.3所示:RST J_2-1 20WCW ra.o -PL7(IXD)

30、R3.1 -PL6XI?L2 -PL5XDU AI89C3351PL40NIO)Ri2 -PL30NH)Ri3 -PL2(TWR3.4 -PLKA1ND0DR15 一GO _10 11P3.7圖2.3 AT89C2051引腳分布圖AT89C2051是一個(gè)有20個(gè)引腳的芯片，引腳如圖10.1所示，與8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，AT89C2051減少了兩個(gè)對(duì)外端口（即 P0、P2 口），使它最大可能地 減少了對(duì)外引腳，因而芯片尺寸有所減少。AT89C2051芯片的20個(gè)引腳功能為：1. Vcc :電源電壓。2. GND :地。3. P1 口： P1 口是一 8位雙向I/O 口?？谝_P1.2P

31、1.7提供內(nèi)部上拉電阻。 P1.0 和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同 相輸入（AIN0）和反相輸入（AIN1）。P1 口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直 接驅(qū)動(dòng)LED顯示。當(dāng)P1 口引腳寫入“ 1”時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2 P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流（I）。P1 口還在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù)4. P3口： P3口的P3.曠P3.5 P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個(gè)雙向 I/O引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3 口緩沖器可吸收20mA電

32、流。當(dāng)P3 口引腳寫入“ T時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí)，被外部拉低的P3 口引腳將用上拉電阻而流出電流（Iil）。P3 口還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051的各種功能，如下表10-1所示。P3 口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。5. RST：復(fù)位輸入。RST 一旦變成高電平所有的I/O引腳就復(fù)位到“ T。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給出RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需12個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。6. XTAL1 :作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入7. XTAL2 :作為振蕩器反相放大器的輸出。表2.1 P3 口的功能P3

33、 口引腳功能P3.0RXD（串行輸入端口）P3.1TXD（串行輸出端口）P3.2INT0（外中斷0）P3.3INT1（外中斷1）P3.4TO（定時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部輸入）從上述引腳說明可看出,AT89C2051沒有提供外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備所需 的地址、數(shù)據(jù)、控制信號(hào)，因此利用 AT89C2051構(gòu)成的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不能在AT89C2051之外擴(kuò)展存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備,也即AT89C2051本身即構(gòu)成了最小單片 機(jī)系統(tǒng)。表2.2 AT89C2051的主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)2K可反復(fù)擦寫（1000次）FlashRom15個(gè)雙向I/O 口6個(gè)中斷源兩個(gè)16位可編

34、程定時(shí)計(jì)數(shù)器2.7-6.0V的寬工作電壓范圍時(shí)鐘頻率0-24MHZ128 X8bit 內(nèi)部 RAM兩個(gè)外部中斷源兩個(gè)串行中斷可直接驅(qū)動(dòng)LED兩級(jí)加密位低功耗睡眠功能內(nèi)置一個(gè)模擬比較放大器可編程UARL通道軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能2.3電機(jī)控制電路分析與設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)運(yùn)用步進(jìn)電取代了傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)， 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?位移或線位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取 決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)， 電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而 無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)

35、電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn) 單。2.3.1步進(jìn)電機(jī)的基本原理及特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè) 脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 （稱為 步距角”） 它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移 量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差（精度為100%）的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。常見的步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM）,反應(yīng)式（VR）和混合式（HB），永 磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小

36、，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步 進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu) 點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。 這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)， 步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步 進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱 PM，和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱 HB） o 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制

37、 的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作， 控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理 作用如下：（1）控制換相順序通電換相這一過程稱為脈沖分配。 例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各 相通電順序?yàn)锳-B-C D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A,B,C, D 相的通斷。（2）控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電 機(jī)就反轉(zhuǎn)。（3）控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。 兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的

38、脈沖頻率，就可以 對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。（4）步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)及術(shù)語相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用 m表示。拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式 AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用B表示。9 =360度（轉(zhuǎn) 子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步 距角為9 =360度/ （50*4） =1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 9 =360度/

39、 （50*8） =0.9度（俗稱半步）。定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧 波以及機(jī)械誤差造成的）靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力 矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比， 與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小 氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。（5）、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。 用百分比 表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5

40、%之內(nèi)，八 拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度， 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào) 角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng) 形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù) 載的最高轉(zhuǎn)速頻率。運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第15頁稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 其它特性還有慣頻特性、

41、起動(dòng)頻率特性等。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決 于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大， 即電機(jī)的頻率特性越硬。圖2.4步進(jìn)電機(jī)特性曲線其中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與 負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。 要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用 小電感大電流的電機(jī)。電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感 應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在 180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左 右（步距角為0.9度），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積 越小，

42、則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的 噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)選用的步進(jìn)電機(jī)為選用 32V的四相六線制步進(jìn)，其也可 以作為兩相電機(jī)使用。步進(jìn)電機(jī)在低頻工作時(shí)，會(huì)有振動(dòng)大、噪聲大的缺點(diǎn)。如果 使用細(xì)分方式，就能很好的解決這個(gè)問題，步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通 過對(duì)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分， 一般情況下，合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定 了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場(chǎng)矢量之間的夾角大小決定了步距角的 大小，步進(jìn)電機(jī)半步工作方式就蘊(yùn)涵了細(xì)分的工作原

43、理。貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第17頁2.3.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)細(xì)分方式有多種方法，最常用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式，大多數(shù)專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片都采用這種驅(qū)動(dòng)方式，TA8435就是其中一種芯片而在這里，我們所接為感性負(fù)載步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因此不能直接由單片機(jī)進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)。選用 TA8435H芯片，TA8435H是東芝公司推出的一款單片步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片具有以下特點(diǎn)：(1) 工作電壓范圍寬(10-40V);(2) 輸出電流可達(dá)1.5A (平均)和2.5A (峰值)；(3) 具有整步、半步、1/4細(xì)分、1/8細(xì)分運(yùn)行方式可供選擇；(4) 采用脈寬調(diào)試式斬波驅(qū)動(dòng)方式；(5) 具有正/反

44、轉(zhuǎn)控制功能；(6) 帶有復(fù)位和使能引腳；(7) 可選擇使用單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入。AT8435H芯片的引腳圖如下圖2.5GND RETT EHJlBLe OSC cwccw CLIO CLIC1MlM2 FLEFINCCCM NVNVEPGENFE；KIOE A HFA PGA A VMA NC圖2.5TA8435H引腳圖TA8435H采用ZIP25封裝形式，圖2.5為其引腳排列圖。各引腳功能如下：腳1( S-GND):信號(hào)地;腳2 (RESET):復(fù)位端，低電平有效，當(dāng)該端有效時(shí)，電路復(fù)位到起始狀態(tài)，此時(shí)在任何激勵(lì)方式下，輸出各相都置于它們的原點(diǎn)；腳3 (ENABLE ):使能端，低電平有效

45、；當(dāng)該端為高電平時(shí)電路處于維持狀態(tài)，此時(shí)各相輸出被強(qiáng)制關(guān)閉；腳4 (OSC):該腳外接電容的典型值可決定芯片內(nèi)部驅(qū)動(dòng)級(jí)的斬波頻率(15KHZ80KHZ )，計(jì)算公式為：fosc = 1/5.15 febsc式中，cosc的單位為pF_fosc的單位為kHz。腳5 ( CW/CCW):正、反轉(zhuǎn)控制引腳；腳6、7 ( CK2、CK1):時(shí)鐘輸入端，可選擇單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入，最大時(shí)鐘輸入頻率為5KHZ ；腳& 9 ( M1、M2):選擇激勵(lì)方式，00表示步進(jìn)電機(jī)工作在整步方式，10為半步方式，01為1/4細(xì)分方式，11為1/8細(xì)分方式；腳10 (REF IN) : VNF輸入控制，接高電

46、平時(shí)VNF為0.8V，接低電平時(shí)VNF 為 0.5V;腳11 (MO):輸出監(jiān)視，用于監(jiān)視輸出電流峰值位置；腳13 (VCC):邏輯電路供電引腳，一般為5V；腳15、24 (VMB、VMA ): B相和A相負(fù)載電源端；腳16、19 ( B、B) : B相輸出引腳；腳17、22 (PG-B、PG-A): B相和A相負(fù)載地；腳18、21 (NFB、NFA) : E相和A相電流檢測(cè)端，由該引腳外接電阻和REF-IN 引腳控制的輸出電流為：IO = VNF / RNF腳20、23 ( A、A) : A相輸出引腳貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第19頁AT8435H的工作原理：TA8435主要由1個(gè)解碼器，

47、2個(gè)橋式驅(qū)動(dòng)電路、2個(gè)輸出電流控制電路、2個(gè)最大電流限制電路、1個(gè)斬波器等功能模塊組成。如圖 2.6-參-ffCC*mrr酹旨LE、唯祿憶A rn石*地 rh時(shí)-h里電DECODERjI-NAHLFAMOLNABLtRESET圖2.6TA8435H原理圖在圖2.6中，第一個(gè)CK時(shí)鐘周期時(shí)，解碼器打開橋式驅(qū)動(dòng)電路，電流從VMA 流經(jīng)電機(jī)的線圈后經(jīng) RNFA后與地構(gòu)成回路，由于線圈電感的作用，電流是逐漸 增大的，所以RNFB上的電壓也隨之上升。當(dāng) RNFB上的電壓大于比較器正端的 電壓時(shí)，比較器使橋式驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉，電機(jī)線圈上的電流開始衰減，RNFB上的電壓也相應(yīng)減?。划?dāng)電壓值小于比較器正向電壓時(shí)，

48、 橋式驅(qū)動(dòng)電路又重新導(dǎo)通，如此 循環(huán)，電流不斷的上升和下降形成鋸齒波，其波形如圖2.7中IA波形的第1段，另外由于斬波器頻率很咼，一般在幾十KHz其頻率大小與所選用電容有關(guān)，在OSC 作用下，電流鋸齒波紋是非常小的，可以近似認(rèn)為輸出電流是直流。在第2個(gè)時(shí)鐘 周期開始時(shí)，輸出電流控制電路輸出電壓 Ua達(dá)到第2階段，比較器正向電壓也相 應(yīng)為第2階段的電壓，因此，流經(jīng)步進(jìn)電機(jī)線圈的電流從第1階段也升至第二階段2, 電流波形如圖IA第2部分，第3時(shí)鐘周期，第4時(shí)鐘周期TA8435的工作原理 與第1、2是一樣的，只有又升高比較器正向電壓而已， 輸出電流波形如圖IA中第3、4部分。如此最終形成階梯電流，加

49、在線圈 B上的電流，如圖2.7中IB。在CK 一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，流經(jīng)線圈A和線圈B的電流共同作用下，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)細(xì)分圖2.7TA8435細(xì)分工作原理圖貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第20頁2.3.3步進(jìn)電與驅(qū)動(dòng)芯片連接電路設(shè)計(jì)*5 Viht口VCCri.LPl 2! -1Pt 5GNDTT；M»cFUiWJ4?VCC VMbCKI VNlat譏崗 AMlM2REF 用 auTAH435HENABLfioscNFAPflNFBR2O ®o貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第#頁貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第23頁圖2.8TA8435與步進(jìn)電機(jī)工作電路圖圖4是單片機(jī)與TA8435相連

50、控制步進(jìn)電機(jī)的原理圖，引腳 M1和M2決定電 機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方式：M1 = 0、M2 = 0,電機(jī)按整步方式運(yùn)轉(zhuǎn)； M1 = 1、M2 = 0,電機(jī)按 半步方式運(yùn)轉(zhuǎn)；M1 = 0、M2 = 1,電機(jī)按1/4細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)；M1 = 1、M2 = 1,電 機(jī)按1/8步細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)，CW/CWW控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，CK1、CK2時(shí)鐘輸入的 最大頻率不能超過5KHz，控制時(shí)鐘的頻率，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速率。REFIN為高 電平時(shí)，NFA和NFB的輸出電壓為0.8V，REFIN為低電平時(shí)，NFA和NFB輸出 電壓為0.5V，這2個(gè)引腳控制步進(jìn)電機(jī)輸入電流，電流大小與NF端外接電阻關(guān)系 式為：IO = Vref/R

51、nf。圖4中，設(shè)REFIN = 1，選用步進(jìn)電機(jī)額定電流為 0.4A，R1, R2選用1.6歐姆、2W的大功率電阻，O、C兩線不接。步進(jìn)電機(jī)按二相雙極性使 用，四相按二相使用時(shí)可以提高步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，D1-D4快恢復(fù)二極管用來泄放繞組電流。2.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)2.4.1單片機(jī)復(fù)位電路基本原理及特點(diǎn)在51系列單片機(jī)中，在振蕩器運(yùn)行時(shí)，RST引腳上保持到少兩個(gè)機(jī)器周期的高電平輸入信號(hào)，復(fù)位過程即可完成。為響應(yīng)這一不定期程，CPU發(fā)出內(nèi)部復(fù)位信號(hào)。內(nèi)部復(fù)位操作是在發(fā)現(xiàn) RST為高電平后的第二個(gè)周期進(jìn)行的，并且此后每 個(gè)周期都重復(fù)進(jìn)行復(fù)位操作，直到 RST變成低電平為止。針對(duì)復(fù)位電路對(duì)時(shí)間的 需要

52、，我們對(duì)上電復(fù)位電路進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。一般來講，Vcc電源的上升時(shí)間不超過1ms,片內(nèi)振蕩器啟動(dòng)時(shí)間在10ms之內(nèi)。在這種情況下，把 RST引腳通10uF電 容接到Vcc并同時(shí)經(jīng)過10K電阻和地相連，就可獲得上電自動(dòng)復(fù)位的結(jié)果。其具 體的復(fù)位電路如圖2.9所示：圖2.9復(fù)位電路圖接通電源后，Vcc便對(duì)電容通過電阻進(jìn)行充電。RST腳的電壓等于Vcc與電容 兩端電壓之差。在充電過程中，隨著電容電壓逐步趨于Vcc，RST引腳上之電壓最終將接近于0。此過渡過程之長(zhǎng)短取決于電阻和電容值的大小。10uF電容足可使RST腳上的電壓在振蕩器啟振后尚有兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間保持高于施密特觸 發(fā)器的低門檻電平，從而使

53、整個(gè)復(fù)位過程得以完成。2.4.1單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)的分析單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC =0000H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng)后，片內(nèi) RAM為 隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見下表 2.3。值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復(fù)位 后的主要狀態(tài)，對(duì)于了解單片機(jī)的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要 的。說明：表中符號(hào)*為隨機(jī)狀態(tài)；表2.3特殊功能寄存器與初始狀態(tài)表特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)PSW00HTH000HP0 P3FFHSBUF不定I

54、P*00000BSCON00HIE0*00000BPCON0*BA00HTMOD00HB00HTCON00HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HPSW= OOH,表明選寄存器0組為工作寄存器組；SP= 07H，表明堆棧指針指向片內(nèi)RAM 07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加 后壓法則，第一個(gè)被壓入的內(nèi)容寫入到 08H單元中；PoP3= FFH，表明已向各端口線寫入1,此時(shí)，各端口既可用于輸入又可用于輸出;IP = *00000B，表明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí);IE = 0*00000B，表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷；A = 00H,表明累加器已被清零；51單片機(jī)的復(fù)位是由

55、RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個(gè)振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直 到RESET引腳轉(zhuǎn)成低電平后，才檢查 EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則 執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，（在特殊寄存器介紹時(shí)再做詳細(xì)說明）至于內(nèi)部 RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。2.5時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)與工作原理分析2.5.1振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為 片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.5.2時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)8031/8051單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部 振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了 內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振