机械5

目录 1绪论1 1.1课题研究的背景1 1.2工作台的发展现状与方向1 1.3本课题研究的范围和意义3 1.4步进电机的发展现状3 1.5单片机的发展现状4 2控制系统的总体设计6 2.1系统总体方案6 2.2机械系统6 2.3控制系统设计6 2.3.1接口设计6 2.3.2控制方案的选择7 2.3.3伺服系统设计7 3控制系统的设计方案8 3.1硬件系统设计8 3.1.1系统的硬件结构8 3.1.2步进电机8 3.1.3微处理器的选择15 3.1.4键盘操作的接口电路设计17 3.1.5显示部分操作的接口和电路设计21 3.1.6报警电路的设计24 3.1.7单片机与PC机的通信25 3.1.8系统的抗干扰设计26 3.2软件系统设计28 3.2.1软件结构设计28 3.2.2系统的程序流程29 结论40 致谢41 参考文献42 附录43 2.3.2控制方案的选择 控制的方案不外乎有三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。 上图为最简单的“开环控制”，若在“机械传动”机构中引出反馈给控制部分，在经过比较放大的则为“半闭环控制”。如若是在机械执行机构中引出反馈则为闭环控制。 开环控制：特点是简单，控制精度低。控制的精度完全取决于所用元件的精度和校准的精度，且抗干扰的能力差。但由于其结构简单、成本低。在精度要求不高的情况下，有一定的使用价值。 闭环控制：特点是控制精度高，抗干扰能力强。缺点是使用的元件多，线路复杂，系统的分析和设计都比较麻烦。 半闭环：特点是控制的精度介于闭环和开环之间。 采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲数有正比的关系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。因此通常在精度要求不是很高时，负载不是很大的情况下采用步进电机是合理的。 3控制系统的设计方案 3.1硬件系统设计 3.1.1系统的硬件结构 计算机的硬件和软件是相互结合而工作的，有些任务必须由硬件来实现，另外有些任务必须由软件来实现。但是也有一些任务可以由软件来完成，也可由硬件来完成。一般来说，增加硬件会提高成本，但能简化设计程序，且实时性好。反之，加重软件任务，会增加编程调试工作量，但能降低硬件成本。所以要合理的安排软、硬件的结构。 本系统步进电机速度的控制是由改变发出脉冲的时间间隔来实现的，用定时器来控制发出脉冲的时间间隔，这样更能发挥硬件实时性的优势，同时能够减轻软件的任务。 由于本工作台控制系统采用单片机作为核心部件，利用单片机构成系统应从元件级进行系统设计，根据任务需要，选择合理的单片机并配置必须的存储器、接口和外围设备来构成系统。 在进行系统的扩展和配置设计时考虑了以下原则 （1）尽可能的选择典型电路，并符合单片机的常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基矗 （2）系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统功能的要求，并留有适当的余地，以便进行二次开发。 （3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响。考虑的原则是，软件能实现的功能尽可能的由软件来实现，以简化硬件电路。但是由软件实现的硬件功能，其响应的时间要比直接用硬件实现的时间长，而且占用CPU时间。 （4）整个系统中的相关的器件要尽可能的做到性能匹配。 （5）单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力，增设线驱动器或者减少芯片功耗，降低总线负载。 根据以上设计原则及结构框图，逐一设计出每个单元电路，最后组合起来，成为完整的硬件系统。