一種基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]課程設(shè)計(jì)是典型的實(shí)踐類課程，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力非常重要，是典型的理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)形式。電氣控制課程設(shè)計(jì)是很多學(xué)校應(yīng)用型電氣專業(yè)一門重要的實(shí)踐課程，該課程設(shè)計(jì)針對(duì)電力電子及電機(jī)控制方向開設(shè)題目。
[0003]步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的一種裝置，其具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應(yīng)頻率高等優(yōu)點(diǎn)。其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與接收到的脈沖數(shù)成正比，并且平均轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和平均轉(zhuǎn)速不受負(fù)載變化的影響，并且沒有累積誤差，因此步進(jìn)電機(jī)容易實(shí)現(xiàn)較高精度的角度和速度控制，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉，但有時(shí)會(huì)存在失步現(xiàn)象，故在復(fù)雜電磁環(huán)境下或是對(duì)精度要求較高的場(chǎng)合下，必須加入反饋電路組成高性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0004]目前，市場(chǎng)上銷售的步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類繁多，但針對(duì)高職院校就業(yè)特點(diǎn)的高精度步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本沒有，因此自主開發(fā)研制基于單片機(jī)的尚精度步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備已成為急需解決的技術(shù)問題，這對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力非常有幫助。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備。
[0006]為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型采取如下方案:
[0007]一種基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備包括，微處理器、驅(qū)動(dòng)器、角度編碼器、計(jì)數(shù)器、步進(jìn)電機(jī)、IXD顯示模塊、存儲(chǔ)器、鍵盤電路、RS232串口和PCI接口，其特征在于:
[0008]微處理器分別與驅(qū)動(dòng)器、IXD顯示模塊、存儲(chǔ)器、鍵盤電路以及RS232串口連接，通過RS232串口與PC上位機(jī)通信，接收來(lái)自PC上位機(jī)的指令，通過鍵盤電路接收鍵盤輸入的指令，向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，并將反映步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給LCD顯示模塊；
[0009]微處理器采用ATmega8單片機(jī)，驅(qū)動(dòng)器采用雙全橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LM298 ；
[0010]鍵盤電路采用按鍵控制芯片ZLG7290 ；
[0011]存儲(chǔ)器采用SST39VF160芯片，用于將從微處理器處接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0012]RS232串口采用專用的RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，RS232串口與微處理器連接，PC上位機(jī)通過RS232串口與微處理器通信；
[0013]IXD顯示模塊采用RT12864HZ漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，其接收微處理器發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示；
[0014]步進(jìn)電機(jī)分別與驅(qū)動(dòng)器和角度編碼器連接；
[0015]角度編碼器采用RON285C增量式角度編碼器，計(jì)數(shù)器采用IK220計(jì)數(shù)器，IK220計(jì)數(shù)器通過D-sub接頭與角度編碼器RON285C連接，并且IK220計(jì)數(shù)器通過PCI接口與PC上位機(jī)連接，由角度編碼器RON285C對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度進(jìn)行檢測(cè)，并使用IK220計(jì)數(shù)器對(duì)角度編碼器RON285C的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0016]優(yōu)選的，步進(jìn)電機(jī)選擇兩相混合式42BYGH型步進(jìn)電機(jī)，由驅(qū)動(dòng)器LM298進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
[0017]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0018]I)兼容性好，整體電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。
[0019]2)能夠方便控制步進(jìn)電機(jī)的啟停、轉(zhuǎn)速和方向，并且采用角度編碼器作為位置反饋，提高了步進(jìn)電機(jī)的定位精度，在雕刻機(jī)、測(cè)量機(jī)、機(jī)床等數(shù)控場(chǎng)合有很高的實(shí)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0020]圖1為系統(tǒng)組成原理圖；
[0021]圖2為步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
[0022]圖3為串口通信電路原理圖；
[0023]圖4為鍵盤電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0025]該實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的原理圖如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備包括，微處理器、驅(qū)動(dòng)器、角度編碼器、計(jì)數(shù)器、步進(jìn)電機(jī)、IXD顯示模塊、存儲(chǔ)器、鍵盤電路、RS232串口和PCI接口。
[0026]其中，微處理器分別與驅(qū)動(dòng)器、IXD顯示模塊、存儲(chǔ)器、鍵盤電路以及RS232串口連接，通過RS232串口與PC上位機(jī)通信，接收來(lái)自PC上位機(jī)的指令，通過鍵盤電路接收鍵盤輸入的指令，向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，并將反映步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給LCD顯示模塊。微處理器采用Atmel公司的ATmegaS單片機(jī)，驅(qū)動(dòng)器采用SGS公司的雙全橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LM298，LM298作為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的電力輸出器件，ATmega8單片機(jī)作為控制器。
[0027]RS232串口采用了專用的RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，RS232串口與微處理器連接，PC上位機(jī)通過RS232串口與微處理器通信。
[0028]鍵盤作為最常用的人機(jī)交互的輸入設(shè)備，鍵盤可用來(lái)實(shí)現(xiàn)流程控制和信息輸入等功能。鍵盤按其結(jié)構(gòu)形式可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩類。編碼式鍵盤是由其內(nèi)部硬件邏輯電路自動(dòng)產(chǎn)生被按鍵的編碼。這種鍵盤使用方便，但價(jià)格較貴。非編碼式鍵盤主要由軟件產(chǎn)生被按鍵的編碼。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，但鍵盤管理程序的編制也比較復(fù)雜。
[0029]比較兩種方法，本裝置采用了后者，但是采用了專用的按鍵控制芯片ZLG7290，這樣既簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)降低了成本，又提高了系統(tǒng)的可靠性，鍵盤電路的示意圖如圖4所示。ZLG7290采用了 I2C串行接口，提供專門的鍵盤中斷信號(hào)，可采樣64個(gè)按鍵或傳感器，可檢測(cè)每個(gè)按鍵的連擊次數(shù)。其基本功能如下:鍵盤去抖動(dòng)處理當(dāng)鍵被按下和放開時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電平狀態(tài)反復(fù)變化，稱作鍵盤抖動(dòng)。若不作處理會(huì)引起按鍵盤命令錯(cuò)誤，所以要進(jìn)行去抖動(dòng)處理。根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際需求，共外接了 16個(gè)按鍵。包括10個(gè)數(shù)字鍵(0-9)，其余為功能選擇鍵。
[0030]存儲(chǔ)器采用SST39VF160芯片，用于將從ARM嵌入式處理器處接收到的各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。在該抄表裝置中，存儲(chǔ)芯片采用PHILIPS公司出品的SST39LF/VF160，該芯片是一個(gè)1M*16的CMOS多功能Flash MPF器件，由SST特有的高性能Super Flash技術(shù)制造而成。Super Flash技術(shù)的分裂閘(split-gate)單元結(jié)構(gòu)和厚氧化物制程的采用可提供可靠性更強(qiáng)、工藝更完善的解決方案(相對(duì)其它方法)。SST39VF160的寫編程或擦除操作電源電壓為2.7-3.6V，符合16位存儲(chǔ)器的JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的管腳分配。SST39VF160具有高性能的字編程功能字編程時(shí)間為14 μ s，器件通過觸發(fā)位或數(shù)據(jù)查詢位來(lái)指示編程操作的完成。為了防止意外寫的發(fā)生，器件還提供了硬件和軟件數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制。SST39VF160的耐用性和數(shù)據(jù)保持時(shí)間完全滿足系統(tǒng)的要求。
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