基于单片机的步进电机的数控系统(编辑修改稿)

基于单片机的步进电机的数控系统(编辑修改稿)内容摘要：

整流变压器副边电压有效值和电流有效值，其中： 整流变压器副边电压有效值为： OO UUU  整流变压器副边电流有效值为： OLL URURUI 222  由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。 除了用分立元件组成桥式整流电路外，现在半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制造成单相整流桥和三相整流桥模 块，这些模块只有输入交流和输出直流引脚，减少了接线、提高了电路工作的可靠性，使用起来非常方便。 常见的几种整流电路如表 3— 1所示。 由表 3— 1 可见，半被整流电路的输出电压相对较低，且脉动大。 两管全波整流电路则需要变压器的副边绕组具有中心抽头，且两个整流二极管承受的最高反向电压相对较大，所以这两种电路应用较少。 桥式整流电路的优点是输出电压高，电压脉动较小，整流二极管所承受的最高反向电压较低，同时因整流变压器在正负半周内部有电流供给负载，整流变压器得到了充分的利用，效率较高。 因此桥式整流电路在半导体整流电路中得到 了广泛的应用。 桥式整流电路的缺点是二极管用的较多。 烟台大学 毕业论文（设计 ） 9 表 3－ 1 桥式整流电路性能表 类型 整流电路 整流电压波形 整流电压平均值 二极管电流平均值 二极管承受的最高反电压 单相桥式 OI21 22U 2. 滤波 整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，在某些应用中如电镀、蓄电池充电等可直接使用脉动直流电源。 但许多电子设备需要平稳的直流电源。 这种电源中的整流电路后面还需加滤波电路将交流成 分滤除，以得到比较平滑的输出电压。 滤波电路利用电容或电感在电路中的储能作用，当电源电压 (或电流 )增加时，电容 (或电感 )把能量储存在电场 (或磁场 )个；当电源电压 (或电流 )减小时，又将储存的能量逐渐释放出来，从而减小了输以电压 (或电流 )中的脉动成分．得到比较平滑的直流电压。 实用滤波电路的形式很多，如电容滤波、电感滤波、复式滤波电路 (包括倒 L 型、 Rc— π型、 LC— π型滤波 )等，如图 3— 5 所示。 一、电容滤波电路 最简单的电容滤波电路是在整流电路的直流输出侧与负载电阻 LR 并联一电容器 C，利用电容器的充放电作用，使输出电压趋于平滑。 图 3— 6 所示为单相桥式整流电容滤波电路。 此时整流二极管工作在非线性区域，分析时要从二极管单向导电特性出发，特别注意电容两端电压对二极管工作特性的影响。 当输出端接负载电阻 LR 时，设电容两端初始电压力零，在 t＝ 0 时刻接通电源。 则 2u 由零开3 滤 烟台大学 毕业论文（设计 ） 10 始上升时，二极管 Dl， D3 正偏导通，电源通过 D D3 向负载电阻 LR 提 供电流，同时向电容 C 充电，充电时间常数τ充 =2RDC 式中 RD 为二极管的正向导通电阻，其值非常小。 忽略 RD 的影响，电容 C 两端的电压将按 2u 的规律上升；当电源电压开始下降．并达到 cu ≥ 2u 时， 4 个二极管反偏截止． 二、电感滤波电路 电感滤波电路如图 3— 7 所示，即在整流电路与负载电阻 LR 之间串联一个电感器 L。 由于在电流变化时电感线圈中将产生自感电动势来 阻止电流的变化，使电流脉动趋于平缓，、起到滤波作用。 电感 L 与负载 LR 串联。 当流过电感 L 的电流增大时，电感产生的自感电动势阻止电流的增加；当电流减小时，自感电动势则阻止电流的减小。 可见，电感滤波器的电感量愈大，自感电动势愈大，单向脉动电流流经电感线圈时就愈平滑。 电感滤波电路输出电压较低，但输出电压波动小，随负载变化也很小，因而适用于负载电流较大的场合。 由于电感量大时体积也大，在小型电子设备中很少采用电感滤波方式。 三、复式滤波电路 复式滤波电路是用电容器、电感器和 电阻器组成的滤波器，通常有 LC 型、 LCπ型、 RCπ型几种。 它的滤波效果比单一使用电容或电感滤波要好得多，其应用较为广泛。 图 3— 8 所示是 LC 型滤波电路，它由电感滤波和电容滤波组成。 脉动电压经过双重滤波，交流分量大部分被电感器阻止，即使有小部分通过电感器，再经过电容滤波，这样 图 3— 6 桥式整流电容滤波电路 图 3— 7 单相桥式整流电感滤波电路 烟台大学 毕业论文（设计 ） 11 负载上的交流分量也很小，便可达到滤除交流成分的目的。 图 3－ 9 所示是 LCπ型滤波电路，可看成是电容滤波和 LC 型滤波电路的组合，因此滤波效果更好，在负载上的电压更平滑。 由于 LCπ型滤波电路输入端接有电容，在通电瞬间因电容器充电会产生较大的 充电电流，所以一般取 C1C2，以减小浪涌电流。 图 3— 8 LC 型滤波电路 图 3— 9 LCπ型滤波电路 图 3— 10 所示是 RCπ型滤波电路。 在负载电流不大的情况下，为降低成本小体积，减轻重量，选用电阻器 R 来代替电感器 L。 一般 R 取几十欧到几百欧。 当使用一级复式滤波达不到对输出电压的平滑性要求时，可以增添级数。 如图 3— 11 所示。 图 3— 10 RCπ型滤波电路 图 3— 11 多级 RC 滤波电路 3. 直流稳压电源 由分立元件组成的直流稳压电 路，需要外接不少元件，因而体积大，使用不便。 集成稳压电路是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。 集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的是三端式串联型集成稳压器。 其外形图如图 312 所示三端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端三个接线端子。 图 312 集成稳压器 烟台大学 毕业论文（设计 ） 12 控制模块电路分析与设计 控制模块电路分析 一 、 二轴数控机床的控制要求 ① 步进电机选用三四相单极，单相最大驱动电流为 2A，最大相电压为 12V，其脉冲当量为 ，插补周期不超过 1ms； ② 主要用单片机控制步进电机实现工作台的 x 向、 y 向运动，直线插补和圆弧插补及实现其它功能，同时可以用键盘输入作为辅助控制； ③ 能适时显示工作台的当前运动情况； ④ 采用软硬件进行环形分配及键盘扫描。 二、控制电路中用到的主要硬件设备有： AT89C52 单片机， 8155， 74ls373,74ls138,L297,L298,8279，6264，键盘等 部分硬件简介 一 、 AT89C52 单片机 AT89C52 是一种带 8k字节可重复擦写的 flashs 闪速存储器的低电压，高性能 CMOS8位微处理器，俗称单片机。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C52 图 314 1．主要特性： 与 MCS51 兼容 16k 字节可编程闪烁存储器 烟台大学 毕业论文（设计 ） 13 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz24Hz 三级程序存储器锁定 256*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 三个 16 位定时器 /计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。 当 P3 口写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） 烟台大学 毕业论文（设计 ） 14 T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时， 将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方 式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3 振荡器特性： XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必 须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 4 芯片擦除： 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE管脚处于低电平 10ms 来完成。 在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。 在闲置模式下， CPU停止工作。 但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。 在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到 下一个硬件复位为止。 二 、 8155 芯片 8155 芯片内包含有 256 字节 RAM， 2 个 8 位、 1 个 6 位的可编程并行 I/O 口，和 1个 14 位定时器 /计数器。 由于 8155 既具有 RAM 又具有 I/O 口，因而是单片机系统中最常用的外围接口芯片之一。 1 引脚说明 烟台大学 毕业论文（设计 ） 15 8155 共 40 个引脚，采用了双列直插的封装，主要引脚功能如下： AD7— AD0：地址数据总线；单片。