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基于細(xì)分驅(qū)動(dòng)的船用儀表步進(jìn)電機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)

作者: 時(shí)間:2012-05-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
船用儀表從工作原理上區(qū)分,有模擬式儀表和數(shù)字式儀表。以模擬量組合單元儀表為主的監(jiān)控儀表所需要的器件數(shù)量多,指示精度低。數(shù)字式船用儀表多為LED數(shù)碼管顯示方式,LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的,加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后,這些特定的段就會(huì)發(fā)亮,以形成我們眼睛看到的字樣了。如:顯示一個(gè)“2”字,那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分,也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成,而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成,一般情況下,單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右,電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管,發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。因此為了既適應(yīng)船用儀表的需要,又滿足人機(jī)工程的要求,本文提出了一種全數(shù)字式船用柴油機(jī)狀態(tài)監(jiān)控儀表,與傳統(tǒng)的模擬量為傳輸量的指針式儀表不同的是,它把數(shù)字量用式指針進(jìn)行了模擬式指示,將數(shù)字顯示的準(zhǔn)確性和模擬指示的直觀性結(jié)合在一起,克服了以往模擬式儀表指針指示的非線性、抖動(dòng)、卡滯等現(xiàn)象,指針示值準(zhǔn)確、能夠快速追蹤參數(shù)的變化,運(yùn)行平穩(wěn)。

1 式船用儀表的總體設(shè)計(jì)方案

步進(jìn)電機(jī)式船用儀表總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,本設(shè)計(jì)采用帶有LCD顯示模塊的PIC核的單片機(jī)作為控制器,采用RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分離,即所謂哈佛結(jié)構(gòu)。這使得取指令和取數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行,且由于一般指令線寬于數(shù)據(jù)線,使其指令較同類CISC單片機(jī)指令包含更多的處理信息,執(zhí)行效率更高,速度亦更快。同時(shí),這種單片機(jī)指令多為單字節(jié),程序存儲(chǔ)器的空間利用率大大提高,有利于實(shí)現(xiàn)超小型化。屬于CISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)有Motorola的M68HC系列、Atmel的AT89系列、臺(tái)灣Winbond(華邦)W78系列、荷蘭Philips的PCF80C51系列等;屬于RISC結(jié)構(gòu)的有Intel8051系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韓國三星公司的KS57C系列4位單片機(jī)、臺(tái)灣義隆的EM-78系列等。


2 步進(jìn)電機(jī)組合電阻式的硬件設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下,電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù),而不受負(fù)載變化的影響,當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào),它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度,稱為“步距角”,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的??梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。

步進(jìn)電機(jī)的方式有專用芯片法和PWM脈寬調(diào)制法。專用芯片法采用硬件的方法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的,容易實(shí)現(xiàn),但成本較高。PWM脈寬調(diào)制法采用PWM脈沖直接對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),采用軟件的方式實(shí)現(xiàn),驅(qū)動(dòng)硬件成本較低,但需要多路PWM模塊,對(duì)單片機(jī)的選型要求較高。因此綜合成本和實(shí)用性兩方面的因素考慮后,本設(shè)計(jì)提出一種基于組合電阻式的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)方法,該驅(qū)動(dòng)方式的硬件為3個(gè)電阻的組合,成本低,原理簡單,易實(shí)現(xiàn)。


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