基于52单片机的三维平台控制技术方案.doc

基于52单片机的三维平台控制1．系统总体设计思路 2 2．系统硬件部分具体实现 2 2.1主控制模块的设计与实现 2 2.2驱动电路的设计与实现 5 2.3显示电路的设计与实现 7 2.4键盘电路的设计与实现 8 2.5测速模块的设计与实现 9 2.6限位反馈电路的设计与实现 9 3.系统软件部分具体实现 10 附录 13 附录1：源代码 13 附录2：单片机控制板原理图 27 附录3：THB7128驱动板原理图 28 附录4：单片机控制板元件清单 29 附录5：THB7128驱动板元件清单 30 1．系统总体设计思路 本系统采用STC89C52单片机对三维平台上三个步进电机进行控制，初步实 现的功能有：系统启动与停止控制，三轴联动，三轴的加、减速控制，三轴正、反转控制，X轴的启动与停止控制、X轴与Y轴的限位控制、三轴的转速检测与显示，最高1/128电流细分等功能，其系统框图如图1.1所示： 图1.1 三维平台步进电机控制系统框图 2．系统硬件部分具体实现 2.1主控制模块的设计与实现 本设计选用STC89C52单片机作为主控制模块。STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K可编程Flash存储器，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，全双工串行口。 STC89C52单片机作为主控芯片，在本设计中主要实现以下几个工作： (1)接收矩阵键盘输入的控制信号； (2)输出PWM脉冲控制三轴步进电机工作，包括输出PWM脉冲信号和方向信号； (3)处理给定转速信号和测速反馈转速信号； (4)在八个八段数码管上显示电机的给定转速和实时转速； (5)接收限位反馈并做逻辑判断； 主控制器的引脚分配表如表1.1所示： I/0口 引脚号 对应元件 功能 输入/输出 P0.0～P0.7 39～32 SB1～SB12 矩阵键盘输入 输入（上拉电阻） P1.0～P1.2 1～3 74HC138 3-8译码器控制信号 输出 P1.3 4 THB7128 X轴方向信号 输出 P1.4 5 THB7128 Y轴方向信号 输出 P1.5 6 THB7128 Z轴方向信号 输出 P1.6 7 限位开关X_1 限位信号 输入 P1.7 8 限位开关X_2 限位信号 输入 P3.0 10 限位开关Y_1 限位信号 输入 P3.1 11 限位开关Y_2 限位信号 输入 P3.5 15 THB7128 X轴脉冲输出 输出 P3.6 16 THB7128 Y轴脉冲输出 输出 P3.7 17 THB7128 Z轴脉冲输出 输出 P2.0～P2.7 21～28 八个八段数码管 数码管段选信号 输出 XTAL1～XTAL2 19～18 晶振电路 时钟信号 输入 RST 9 复位电路 复位信号 输入 P3.2(INT0) 12 X轴光电编码器 转速信号 输入 P3.3(INT1) 13 Y轴光电编码器 转速信号 输入 P3.4 14 Z轴光电编码器 转速信号 输入 主控制器原理图，如图2.1.1所示： 图2.1.1 主控制器原理图 2.2驱动电路的设计与实现 驱动电路采用THB712步进电机驱动芯片对三位平台上的三个步进电机进行驱动。THB7128是一款专业的两相步进电机驱动芯片，它内部集成了细分、电流调节、CMOS功率放大等电路，配合外围电路可实现高性能、多细分、大电流的驱动电路。其主要参数和性能指标如下： 单芯片两相细分步进电机驱动； 直接采用单脉冲和方向信号译码控制模式； 双全桥MOSFET驱动，低导通电阻； 可实现正反转控制； 通过3位选择8档细分控制(1,1/2,1/4,1/8,1/16,1/32,1/64,1/128)； 最高耐压40V DC； 高输出电流； HZIP19封装； 有复位和使能管脚； 芯片内部有过热保(TSD)和过流检测电路。 驱动电路原理图如图2.2.1所示： 图2.2.1 驱动电路原理图 驱动器细分设定（M1、M2、M3）如表2.2.1所示。 表2.2.1 驱动器细分设定 M1 M2 M3 细分数 L L L 1 H L L 1/2 L H L 1/4 H H L 1/8 L L H 1/16 H L H 1/32 L H H 1/64 H H H 1/128 2.3显示电路的设计与实现 本设计采用八个八段数码管实现转速显示功能，其中高4位数码管为给定转速显示，通过编程实现X、Y、Z三轴转速循环显示，低4位数码管为测速反馈的转速显示，显示方式同高4位。 STC89C52单片机内部采用查表法对转速信号进行数值处理，通过P2.0～P2.7口输出段选信号，通过P1.0～P1.2输出3路位选信号到74HC13