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日本AⅤ女优一级片

时间:2020-06-22 00:04  编辑:龙门二中

日本AⅤ女优一级片

河南职业技术学院

毕业设计(论文)

题  目:步进电机细分驱动电路设计

姓名: 李孟珊

班  级:机电091

学  号:09111039

专业:机电一体化

指导老师:张超

2012年3月5号

河南职业技术学院机械电子工程系(分院)

毕业设计(论文)任务书

姓名

李孟珊

专业

机电一体化

班级

091

毕业设计(论文)

题目

步进电机细分驱动电路设计

毕业设计(论文)选题的目的与意义

步进电机细分驱动电路设计,给出了细分驱动电路的设计原理及其实现的方法,能够控制步进电机,通过步进电机实现某种控制效果,被广泛应用于工程项目上。

毕业设计(论文)的资料收集情况(含指定参考资料)

孙兴进.步进电机的最佳细分控制[J].自动化与仪器仪表,2001,(1):33—35.

]彭树生.PIC单片机原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2001.

黄俊钦.静、动态数学模型的使用建模方法.北京:机械工业出版社.

毕业设计(论文)工作进度计划

2011年11月5日接受《毕业论文任务书》,根据要求在图书馆查阅相关书籍并通过互联网收集相关资料

2011年11月6日~2010年12月1日整理收集到的资料

2011年12月2日~2012年1月2日交初稿,在老师指导下修改

2012年1月3日~2012年3月5日进一步完善后,交定稿

接受任务日期年月日

要求完成日期年月日

学生签名:

年月日

指导教师签名:

年月日

系(分院)

主任(院长)签名:

年月日

毕业设计(论文)指导教师评阅意见表

姓名

李孟珊

学号

09111039

性别

专业

机电一体化

班级

091

毕业设计(论文)

题目

步进电机细分驱动电路设计

成绩

指导教师签字

年月日

毕业设计(论文)答辩意见表

姓名

李孟珊

学号

09111039

性别

专业

机电一体化

班级

091

毕业设计(论文)

题目

步进电机细分驱动电路设计

答辩时间

地点

答辩

小组

成员

姓名

职称

学历

从事专业

组长

成员

秘书

答辩成绩:

答辩小组组长签名:

年月日

步进电机细分驱动电路设计

李孟珊

摘要:由PIC16F876控制的步进电机细分驱动电路的设计,该电路主要包括单片机控制电路、斩波电路、功率驱动电路及温度报警与限流电路等。给出了细分驱动电路的设计原理及其实现的方法,提出细分按照线性加正弦规律的方法输出阶梯电压,经脉宽调制(PWM)输出各相驱动信号,实现细分驱动信号波形。应用于天文望远镜的90BF003步进电机驱动,性能良好。

关键词:步进电机,单片机,细分电路

引言

步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。

虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能像普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。

步进电机在实际应用中存在着驱动电路效率低、低频振荡、高频出力不足、频率特性差等问题。基于PIC16F876的步进电机细分驱动电路将斩波电路和可变细分控制的方法进行结合,能够使电机的高、低频运行性能和启动性能明显提高。

步进电动机又称为脉冲电动机或阶跃电动机,它是将数字脉冲直接转换为位移角度的机电设备。在一般情况下,步进电机各相绕组电流在步进脉冲的控制下,轮流切换,从而使电机的转子步进旋转。如果每次输入脉冲切换时,只改变对应绕组中额定电流的一部分,那么转子相应的每步转动也只有原步距角的一部分。额定电流细分成多少份(即细分数),转子就以多少步来完成一个原有的步距角,这种把步距角分成若干步来完成的控制方式称为细分控制。虽然这种驱动电路的结构比较复杂,但在不改变电机内部结构的前提下,使步进电机具有更小的步距角、更高的分辨率,也使电机运行平稳,减小或消除电机振荡,减少噪声。

一、系统功能

步进电动机的控制系统一般包含步进脉冲产生与方向控制电路、相脉冲逻辑分配电路和驱动电路。其中驱动电路有细分和无细分之说。本文以PIC16F876单片机为核心,将相脉冲逻辑分配电路和细分驱动电路有机结合在一起,实现了多功能的步进电机的细分驱动电路。电路原理框图如图1所示,整个系统主要分为单片机控制子系统和功率放大驱动电路两大部分,两部分中间由电平转换电路桥接。

图1步进电机细分驱动电路原理框图

单片机控制电路主要包括PIC16F876单片机、产生步进脉冲输出的斩波电路和产生电机相信号的相控电路以及其他一些相关电路。单片机通过中断接口接收步进脉冲和方向信号,根据方向信号和步进脉冲的顺序,输出阶梯电压细分值和相控信号。斩波电路由D/A转换电路、取样电压放大电路和脉宽调制电路(PWM)组成。D/A转换电路将单片机输出的电压细分值转换为模拟量,作为比较参考电压,加在脉宽调制电路同相输入端,与取样电压放大电路的输出值进行比较,由脉宽调制电路产生恒频调宽脉冲,作为步进电机的脉冲信号。

为了防止驱动电路的过流和过热,系统中设计了限温报警电路和限流报警电路。当驱动电路温度超过设定值或电机的相电流超过设定值时,报警电路产生报警信号,让单片机关断各相的驱动信号,暂停输出。为了适应不同相数的电机和选择不同的细分数,系统中设计了相序/细分选择电路,在每次加电之前通过拨动开关来设置相数和细分数,单片机自动识别。

功率放大驱动电路采用经典的高低电压功率场效应管对管实现,附加相电流取样电路和温度传感电路。

二、硬件电路设计

(一)、PIC介绍

PIC系列单片机是美国Microchip公司的产品。它系用精简指令集(RISC),哈佛总线结构、2级流水线取指令方式,具有实用、低价、指令集小、简单易学、低功耗、高速度、体积小、功能强等优点,体现了单片机发展的一种新趋势,深受用户的欢迎,已逐渐成为8位单片机的新潮流。

1、PIC的发送过程

(1)初始化波特率

与波特率有关的寄存器有两个:TXSTA的BBGH位和SPBRG,其中前者为高速波

特率使能位,TXSTA.BBGH=1,设置为高速;TXSTA.BBGH=0则表示设置为低速。

后者为波特率的值,其计算方式为:

FOSC/(64(x+1))……低速

波特率=

FOSC/(16(x+1))……高速

其中FOSC为晶振频率,x为填入SPBRG寄存器中的值。

(2)USART模块使能

首先选择通讯方式TXSTA.SYNC=0为异步方式,TXSTA.SYNC=1为同步方式。然后将RCSTA.SPEN设置为1,从而使能串行通讯模块。

(3)若用到TXIF中断,则PIEI.TXIE需要置1使能,TXIF中断是PIC16F87X单片机14个中断源之一,当TXREG寄存器的内容为空时或是数据被转移到TSR寄存器之后,这个中断位会被设置为1,只有在当数据写入TXREG寄存器,而还未转移到TSR寄存器的情况下,这个TXIF位才会被消除为0。

(4)位数设置:

这一步骤决定数据的发送是采用8位还是9位的格式。TXSTA.TX9=0为8位,TXSTA.TX9=1为9位。

(5)发送使能

将TXSTA.TXEN置1,使能发送模块。

(6)送数据

若设置8位数据,则将数据写入TXREG寄存器;若设置的9位数据,则还要将9位写入TXSTA.TX9D位。

(7)检测缓冲器状态,发下一个数据检测PIRI.TXIF,若为0,则说明TXREG被写入且没有转到TSR,此时不能写下一个数据;若为1,则说明TXREG为空,或已转移到TSR中,此时可以写入下一个数据。

2、PIC的接收过程

(1)使能接收模块

将RCSTA.CREN位置1,使能接收模块。

(2)使能RCIF中断。

(将PIEI.RCIE位置1)同TXIF类似,RCIF也是PIC16F87X的中断源之一。当接收位移寄存器(ReceiveShiftRegister,RSR),接收到串行通讯的数据的停止位后,会自动将寄存器的数据部分移到RCREG中,同时将RCIF中断位置1。

(3)读取接收到的数据

循环检测RCIF中断位,当其为1时,就可读取RCREG中的数据,读取数据后,RCIF位被自动清零。

(4)出错处理

如果接收过程中有错误发生,则RCSTA.OERR位会被置之不理,此时RSR中的数据的转移无法完成,要清除这个位的唯一方法是复位接收逻辑电路,在软件上可以先将CREN位清除为0,然后再置1,便可复位接收模块。PIC的接收过程

(二)、单片机电路

采用单片机实现步进电机细分控制系统中,其响应频率一直受单片机的速度影响,PIC系列单片机具有精简指令集RISC结构,仅30几条单字节指令,除跳转指用指令线与数据线分离的哈佛结构,两级流水线指令取数与执行,这使得PIC在代码压缩与执行速度方面和同类8位单片机相比,具有较大的优势。

PIC16F876单片机是美国Microchip公司中档产品,采用CMOS工艺制造,带有FIASH工艺特性,功耗低,I/O端口有较大的驱动能力,输出电流可达25mA,可简化外围电路;易于编程,执行速度高,内部具有看门狗WDT防止程序跑飞,另具有程序加密性好、价位低廉等优点。

在PIC16F876中,共有3个I/O端口:端口A、端口B、端口C,都是双向I/O口。系统中,PIC16F876的端口功能如表1所示。

表1PIC16F876的端口功能

端口

功能

端口

功能

RA0-1

相选输入

RB1

步进电机方向信号

RA1

拍选输入

RB4

74HC373寻址

RA2

是否细分输入

RB5

TLC7226寻址

RA3

是否加电至电机

RB6

TLC7226的A1

RA4

WR信号

RB7

TLC7226的A0

RA5

温度、限流报警输入

RC0-RC7

数据总线

RB0

外部中断

步进脉冲信号从PIC16F876的中断引脚RB0/INT输入,选择上升沿触发,单片机一旦检测到引脚上出现有效边沿,就把INTF位(INTC/)N的D1)置1,向CPU申请中断,在中断服务时间内,单片机将完成输出相选控制信号和阶梯电压细分值。为了防止错误的死循环执行同一个中断,在重新开放这个中断之前必须在中断服务程序中用软件对INTF位清零。

中断现场保护是中断技术一个很重要的组成部分,由于中断服务程序会改变主要寄存器,在返回时可能影响主程序,必须对这些寄存器进行现场保护。在中断返回之前必须恢复主要寄存器的原值。而在该程序中,主程序在等待中断时,行空操作,即使主要寄存器改变也没关系。

为了防止在受到干扰时程序跑飞,一般在系统设置看门狗电路。在PIC16F876中自带了自振式(RC振荡)看门狗电路,不需要外加电路,简化了外围电路。

(三)、斩波电路

斩波电路由D/A转换电路、电压反馈放大电路和脉宽调制电路(PWM)组成,根据单片机输出的细分值和取样电压的反馈值,产生宽度受调制的脉冲输出,具电路如图2所示

图2:斩波电路示意图

D/A转换电路采用TI公司的TLC7226芯片,TLC7226芯片是采用LinBiCMOSTM技术的电压输出型四通道8位D/A转换器,每一通道片上有独立的数据锁存器,数据通过8位公共的与TTL/CMOS5V兼容的输入端口锁存到数据锁存器中。在设计中,TLC7226的工作条件是单电源+12V供电,基准为+5V电压,D/A转换的输出为0~5V。

电压反馈放大电路采用同相放大器结构,将取样电压同相放大,与D/A输出比较同相放大器采用TI公司的TLC2254芯片,具有满电源电压幅度输出和极低功耗等特点。

脉宽调制电路采用LM339构成,LM339为低功耗低失调四电压比较器,设计中采用单电源+5V供电,接成单限比较器。在V+>V期间,电路输出一定宽度的脉冲,控制功放管的导通。在V+。

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