机电一体化课程设计-一维精密工作台系统设计.doc

桂 林 电 子 科 技 大 学机 械 综 合 设 计 设 计 报 告 指导老师： 学 生： 学 号： 桂林电子科技大学机电工程学院摘要 机电一体化系统是综合多个学科的系统,包括机械技术,传感器技术,测试技术,电子技术和控制技术,信息与计算机技术。它极大推动了机械工业,兵器行业及其他行业的发展。其技术结构,产品结构,技术功能与构成,生产方式和管理体系均发生了巨大的变化。使工业生产由机械电气化迈进到机电一体化为特征的数字化,自动化,高精度,微型化,多功能化,智能化的时代。全套图纸加扣 3012250582结合精密机械控制是现代机械的一个重要方向，它能使机械加工的精度又提高一个层次，主要技术是用微机、单片机等现代高科技仪器来控制步进电机，再通过步进电机来实现精密的工作台控制。这个由微机或单片机、步进电机、机械工作机构组成的系统就是一个很简单的机电一体化的系统。让我们由这样简单的机电一体化系统重新复习学过的知识, 接触机电一体化系统,为下学期的毕业设计打下一定的基础,另外也是为工作作好准备。目录 引言.1一、 方案说明.11、 设计题目12、 设计参数13、 设计思路1二、 设计过程21、传动机构设计.2（1）齿轮的选用.2（2）联轴器的选用设计.2（3）丝杠及丝杠支撑的选用.3 轴承的选用.5 步进电机基本参数与选用.52、控制电路设计(1)芯片介绍.6(2)供电系统设计.9(3)步进电机驱动器构成与特点.10三、 设计结果.14四、 参考文献 .15五、 程序清单.16 引言 步进电机区别于其他控制用途电机的最大特点是，它可接受数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位移，因而本身就是一个完成数字模拟转化的执行元件。而且它能进行开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量。这样的增量位置控制系统与传统的直流伺服系统相比，其成本明显降低，几乎不必进行系统调整。步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。由于步进电机是借助它的同步转矩而启动的，为了不发生失步，启动频率是不高的。特别是随着功率的增加，转子直径增大，惯量增大，启动频率和最高运行频率可能相差10倍之多。因此，步进电机广泛应用于数控机床、机器人、遥控、航天等领域，特别是微型计算机和微电子技术的发展，使步进电机获得更为广泛的应用。考虑到对内存要求不高,系统运算不复杂,而要求有较多的接口和完善的中断系统,本课程设计通过用51单片机实现对步进电机控制，使工作台可以向电机正方向和反方向运动。一、方案说明1、设计题目：一维精密工作台系统设计2、设计参数：最小位移控制量 4m 丝杠导程 5mm 工作台行程 100mm 步进电机型号 42BYG0063、设计思路：一维精密工作台系统设计采用单片机控制信号经过放大电路驱动42BYG006步进电机驱动，步进电机主轴通过联轴器和一级齿轮传动机构的主动齿轮传动轴相连并把步进电机的功率通过刚性连轴器传递到主动齿轮轴，在齿轮系中通过两个齿轮的相互齿合，能量进一步传递到从动齿轮，从动齿轮轴和丝杠相连，并通过丝杠的螺旋副把旋转的运动形式转换成工作台沿着床身的直线运动形式。控制的流程图：单片机 驱动电路执行元件机械传动执行机构 控制信号控制的机械部分如下：二、设计过程： 因为步进电机型号已选定,其基本参数如下：工作电压：12工作电流：0.16A、绕线电阻：15、绕组电感：19mH、环境温度：2255、最大静力矩：1600g.cm、定位力矩：200g.cm、转动质量：60g.cm、质量：0.2kg步距角：0.9度。1、机械传动机构设计（1）齿轮的选用 所以只需选用并设计所需的一级传动齿轮。根据题目所要求的，其计算如下：在设计参数中，因为具体参数已经选定，为了满足最小位移控制量为4m,Lb=L0b/360i0.004mm=5mm0.9/360i计算得出： i=3.125因为要求传动平稳，故选用小模数的齿轮，同时为了便于制造计算方便，选用模数m=1,因为要求最少齿数,要求机构简单轻巧,故选小齿轮齿数为17。由传动比i算得大齿轮齿数为53。（2）联轴器的选用设计查手册可知常用的机械联轴器最小内孔直径12，给出的步进电机42BYG006的基本参数轴径为5mm。没有与之相匹配的联轴器，其属于非标准机械零件，故宜应用套管的联轴器，既保证了同轴精度，又保证了强度的要求。其图如下：（3）丝杠及丝杠支撑的选用1) 题目要求使用一级齿轮传动和滚珠丝杠传动、双V型滚动导轨导向的床身。为了使滚动丝杠的传动精度高、运动平稳、无轴向位移、窜动（滚珠丝杠主要是受轴向力，其次为径向力，主要是其自重），丝杠的支撑结构主要有三种： F0特点是结构简单，承受能力小轴向刚度低，压杆稳定性较差和临界转速低，设计时应尽量使丝杠受拉伸。适用于短丝杠、垂直丝杠。其图如下： FS特点是轴向刚度相同，压杆稳定性和临界转速比同长度高，丝杠有热膨胀的余地，需保证螺母与两支撑同轴，结构较复杂，工艺较困难。适用于较长丝杠或卧式丝杠。其图如下：FF的机构特点的丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍，压杆稳定性好，固有频率比一端固定的高，可施加预紧力提高传动刚度，结构和工艺都较复杂。使用于丝杠以及刚度和位移精度要求高的场合。其图如下：综合考虑以上的3种情况，为了达到题目所要求的传动精度，故选用FF式保证足够的传动精度，同时工作台的稳定性也大大提高。2) 螺旋传动是利用螺杆和螺母的相对运动和动力的一种传动机构。在精密机械中主要是用来将螺杆的回转运动转变为螺母的直线运动。根据螺旋传动在精密机械中的作用，可分为三大类：传力螺旋 在传动链中用于传递动力的螺旋传动称为传力螺旋。其特点是需要承受较大的载荷，传动精度要求较低，有的甚至对相对位移无精度要求，主要是具有足够的强度，如仪器底座的调节螺旋或起重螺旋等。测量螺旋 在传动链中用于精确的传递相对运动或相对位移的螺旋传动成为测量螺旋。其特点的传动时只需克服摩擦力矩和较小的附加阻力矩，其传动误差直接影响仪器是工作精度，因此对测量螺旋传动的主要是传动精度高，回差小、运动灵活。如千分尺中的螺旋等。一般传动螺旋 用于精密机械中某些构件的传动或精确定位。当用于定位时，如要求定位后螺纹不松动，其螺纹升角很小，以保证自锁。根据螺旋传动副接触表面的摩擦性质可分为滑动螺旋传动，滚动螺旋传动、新型螺旋传动，如静压螺旋传动及谐波螺旋传动等。目前应用最多的是滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。3) 滑动螺旋机构按形成的平面图形的形状分主要三类： 三角形螺纹 三角形螺纹分为公制和英制两种，公制螺纹的牙形角2=60，其基本尺寸见GB19681英制螺纹的牙形角2=55。由于三角形的摩擦力较矩形螺纹答，自锁性好，适用于做连接固接紧用，而且由于它的加工方便，易于保证加工精度，特别是小螺距，所以它广泛应用于螺旋之中，但传动效率低 矩形螺纹 由于它的牙形角等于零，固摩擦力小，传动效率高，主要用于传动螺纹。 矩形螺纹精确加工比较困难，应而传动效率低，且磨损造成的间隙难以消除，对中性差，因而很少采用，矩形螺纹目前尚无标准化。 梯形螺纹的牙形角2a=30度，它的强度和效率介于三角螺纹和矩形之间，强度和对中准确性较好，可以消除因磨损而造成的间隙，而且制造矩形螺纹较容易。所以是螺旋传动中用的较多的一种螺纹。梯形螺纹基本尺寸见GB78465。 A三角螺纹B梯形螺纹C矩形螺纹 4) 滑动螺旋的特点：（1） 降速传动比大i=Q/1=2/T，即螺杠（或螺母）转动一圈，螺母（螺杠）移动一个螺距。一般的螺距都比较小，故降速比比较大，所以大大缩短传动链。（2） 传动精度高 由于传动比大，所以实现同样的传动比，与其他形式相比较，传动环节少，故螺旋传动简单，紧凑；因而具有较高的传动精度，且运动灵活，平稳。（3） 牵引力大 由于传动比大，根据在功率一定的条件下降速增矩的原则，给螺杆一个很小的扭矩便可以得到较大的轴向牵引力。（4） 自锁作用 当螺纹升角小于当量摩擦角时，螺旋传动具有自锁作用。（5） 效率低，易磨损=30%50%，不易于大功率传动。4) 滚动螺旋传动：滚动螺旋传动是在螺杆和螺母之间放入适当的滚珠，使螺杠和螺母之间的摩擦由滑动变为滚动的一种装置。当螺杠传动旋转螺母移动时，滚珠则沿螺杆螺旋滚道面滚动，在螺杆上滚动数圈后，滚珠从滚道的一端滚出并沿返回装置返回另一端，重新滚入，从而构成一闭合回路。（1） 传动效率高 由于滚动摩擦系数小，摩擦损失小，故传动效率达90%以上，且逆传动效率也接近正传动效率。（2） 工作寿命长 主要工作表面均经过硬化表面处理，磨损小，且维护简单（3） 传动精度高 可以通过轴向预紧，提高传动刚度，作无间隙运动，且运动灵敏，摩擦力矩不受速度变化影响，故传动灵活平稳；（4） 不能自锁 传动具有可逆性，当用于垂直传动时，需增加防止逆转装置；（5） 结构比较复杂、工艺差、体积大、成本高。 经过以上几种精密传动螺纹的综合比较，结合本设计的要求，传动精度高，位移量小的特点，综合考虑以后选择滚珠丝杠的经济性和实用性比较好，既保证了产品的基本要求又提高产品的经济和耐用性。由丝杠的导程选取型号为GZ1605-3的内循环滚珠丝杠,其功能主要参数是：公称直径16,公称导程5,丝杠外径15.5钢球直径3.175丝杠底径13.5,内循环3其尺寸参数下：规格D1D2L2D3BD4D5D6hD7hD8L1GZ1605-3 2828105210385.810634M62242其结构图如下： 轴承的选用在考虑了以上的基本结构后，还应该确定轴向刚度。为了提高支撑的轴向刚度，选择适当的滚动轴承也很重要。现最常用的有两种组合方式，一种是把推力轴承和角接触球轴承组合使用，使轴向刚度提高，但增大了轴承摩擦阻力和发热，轴承支架结构尺寸较大；另一种是把角接触球轴承组合起来使用，结构简单，但轴向刚度不足。因为工作台所受的轴向力不是很大，故选用后者。在选用轴承上则选用目前国内比较常用的专用的接触角为60的双向推力球轴承，使用起来很方便。 步进电机基本参数与选用 步进电机是纯粹的数字控制电动机。它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于微机或单片机控制。步进电机有如下特点： 步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，因此，当它转一转后，没有累计误差,具有良好的跟随性。由于步进电机与驱动电路组成的开环树控系统，既非常简单廉价，有非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。步进电机的动态响应快，容易起停，正反转及变速。 速度可以在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大的转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。 步进电机存在震荡和失真的现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源步进电机自身的噪音很震动大，带惯性负载的能力较差。 考虑以上步进电机的优点和缺点，有由题意可知，工作台为轴向运动，对滚珠丝杠的作用力为轴向力，所以工作台的惯性力为轴向作用力，而无转动力矩，所以步进电机的控制可以实现工作台的响应速度，提高系统的运动精度，从而满足题目的精度要求。42BYG006的技术参数如下表：型号相数电压电流电阻电感最大静转矩定位转矩质量L1L2L342BYG0062120.8151916002000.216.31100其结构如如下：2 控制电路的设计 (1)芯片介绍此设计选用单片机控制，选用经常使用的Atmel公司生产的AT89S51可以使用ISP在线调试下载程序,使调试过程简单,同时缩短了开发周期.本设计选用了单片机的外部中断0(INT0)；外部中断1(INT1)；P1.0作为工作台快速正向移动(RAPID MOVING)的键盘输入接口；P1.1作为工作台反响移动（RAPID MOVING）的键盘输入接口；P1.2作为工作台快速正向移动10MM的键盘输入接口；P1.3作为工作台快速反向移动2MM的键盘输入接口。本设计针对题目要求有所提高，使用了4个按键，可以灵活地控制工作台运动，满足使用者的基本要求并有所提高。同时又为设备的升级和软件硬件的开发提供足够的余地。所以的接口均是一端接单片机端的相应引脚，另一公共端接地，即是低电平触发。同时为了保证工作台在题目给定的行程内运动，保证工作台在有效的行程内运动，防止超越给定的有效行程，故该系统设计了保护电路。分别用行程开关和单片机的外部中断0（INT0），外部中断1（INT1）引脚相连，同时把行程开关的另一端接地，分别安装在工作台的左右行程极限点，起到保护作用。因为AT89S51支持ISP在线下载功能，故还在最小的系统上设置了ISP下载接口，方便程序下载调试，同时又增加了整个系统的弹性，适用范围更广。AT89S51单片机介绍：a.主要特性 与MCS-51单片机产品兼容 4K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态工作：0Hz33MHz 32个可编程I/O口线 2个16位定时器/计数器 6个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 灵活的ISP编程（字或字节模式） 4.0-5.5V电压工作范围 b.内部结构 单片机AT89S51的内部结构可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。 CPU由运算器和控制逻辑构成。其中包括若干特殊功能寄存器（SFR） AT89S51时钟有两种方式产生，即内部方式和外部方式。 AT89S51在物理上有四个存储空间：片内/片外程序存储大路、片内/片外数据存储器。片内有256B数据存储器RAM和4KB的程序存储器ROM。除此之外，还可以在片外扩展RAM和ROM，并且和有64KB的寻址范围。 AT89S51内部有一个可编程的、全双工的串行接口。它串行收发存储在特殊功能寄存器SFR的串行数据缓冲器SBUF中的数据 AT89S51共有4个（P0、P1、P2、P3口）8位并行I/O端口，共32个引脚。P0口双向I/O口，用于分时传送低8位地址和8位数据信号；P1、P2、P3口均为准双向I/O口；其中P2口还用于传送高8位地址信号；P3口每一引脚还具有特殊功能，用于特殊信号的输入输出和控制信号。 AT89S51内部有两个16位可编程定时器/计数器T0、T1。最大计数值为216-1。工作方式和定时器或计数器的选择由指令来确定。AT89S51的时钟电路图P3口引脚的特殊功能图 中断系统允许接受5个独立的中断源，即两个外部中断，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。c.外部特性（引脚功能）AT89S51芯片有40条引脚，双列直插式封装引脚图如右所示： Vcc(40)：电源+5V Vss(20): 接地 XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。 P0口（3932）：双向I/O口，既可作地址/数据总线口用，也可作普通I/O口用。 P1口（18）：准双向通用I/O口。 P2口（2128）：准双向口，既可作地址总线口输出地址高8位，也可作普通I/O口用。 P3口（1017）：多用途口，既 图3-4 AT89S51引脚图可作普通I/O口，也可按每位定义的第二功能操作。 ALE/PROG（30）：地址锁存信号输出端。在访问片外丰储器时，若ALE为有效高电平，则P0口输出地址低8位，可以用ALE信号作外部地址锁存信号。公式（21）fALE=1/6fOSC ,也可作系统中其它芯片的时钟源。第二功能PROG是对EPROM编程时的编程脉冲输入端。 RST/VPD（9）：复位信号输入端。AT89S51接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是VPD，即备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，VPD将为RAM提供备用电源，发保证存储在RAM中的信号不丢失。 EA/Vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。EA=0时访问外部ROM 0000HFFFFH；EA=1时，地址0000H0FFFH空间访问内部ROM，地址1000HFFFFH空间访问外部ROM。 PSEN（29）：片外程序存储器选通信号，低电平有效。(2)供电系统设计单片机的供电系统和驱动电路供电系统也是独立的，提高了单片机的工作的稳定性，稳压电源选用了整流桥，电容整流滤波后接入稳压模块LM7805（给单片机系统供电）LM7821（给步进电机和驱动电路供电），输出后经独石电容（高速电容）作为旁路电容，滤掉高频噪音。同时并联一个10F的电解电容（二次稳压）去耦电容。使供给单片机工作的电流的稳定性大大提高，从而保证单片机的正常工作。整个供电系统电路原理图如下：（a）整流滤波单元电路(b)单片机和驱动电路供电系统单元电路(c)步进电机供电系统单元(3)步进电机驱动器构成与特点1) 步进电机不能直接接到交、直流电源上工作，而必须使用专用设备步进电机驱动器。步进电机驱动系统的性能，除与电机的自身性能有关外，在很大程度上也取决于驱动器的优劣。步进电机驱动器一般由环形分配器、信号处理级、推动级、驱动级等各部分组成，用于功率步进电机的驱动器还有多种分配分配保护。环形分配器用来接受来自控制器的CP脉冲，并提供步进电机状态转换表的状态顺序产生各相导通或截止的信号。每来一个CP脉冲，环形分配器的输出就转换一次。因此，步进电机的转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决于CP脉冲的有无或频率。同时，环形分配器还必须接受控制器的方向信号，从而决定其输出的状态转换是按正序转换还是反序转换，于是就决定了步进电机的转向。接受CP脉冲和方向电平是环形分配器的最基本功能。从环形分配器输出的各相导通或者截止的信号送入信号放大或处理级。信号放大的作用是将环形分配器输出的信号加以放大，变成足够大的信号送入推动级，这中间一般放大既需电压放大，也需电流放大。信号处理是实现信号的某些转换、合成等功能，产生斩波、抑波等特殊功能的信号，从而产生特殊功能的驱动，本级还经常与各种保护电路、个中控制电路组合在一起，形成较高性能的驱动输出。2) 驱动级的作用是将较小的信号加以放大，变成足以抢劫驱动级输入的较大信号。有时，推动级还承担电平转换作用。驱动级直接与步进电机各绕组相连接，它接受来自推动级的输入信号，控制步进电机各绕组的导通与截止，同时也对绕组承受的电压和电流进行控制。各种电子设备的末级一般需要功率放大，步进电机驱动也是这样。为使步进电机满足各种专有权的输出，驱动级必须对电机的绕组提供足够的电压和电流。但步进电机驱动与一般电子设备的驱动有不同的特点，主要体现在：a各相绕组都是开关工作，多数电动机的绕组都是连续的交流或者直流，而步进电机的各相绕组都是脉冲式供电，所以绕组电流不是连续的而是离散的。b电动机的各相绕组是绕在铁心上的线圈，所以都有比较大的电感。绕组通电时电流上升率受到限制，因而影响电动机绕组电流的大小。c绕组断电时，电感中磁场的储能将维持绕组中已有的电流不能突变，结果使应该截止的相不能立即截止。为使电流尽快衰减，必须设计适当的续流回路。绕组导通和截止过程中都会产生较大的反向电动势，而截止时的反电动势将对驱动级器件的安全产生十分有害的影响。d电动机运转时在各相绕组中将产生旋转电动势，这些电动势的大小和方向将对绕组电流产生很大的影响。由于旋转电动势基本上与电动机转速成正比，转速越高，电动势越大，绕组电流越小，从而使电动机输出转矩也随着转速升高而下降。e电动机绕组中有电感电动势、互感电动势、旋转电动势。这些电动势与外加电共同作用于功率器件，当其叠加结果使电动机绕组两端电压大大超过电源电压时，使驱动级的工作条件更为恶化。根据以上的功率放大级的设计要点、组成和特点，结合本课程设计的设计要求，此设计选用单片机控制可以省去环形分配器，节约成本，电路系统结构简单，维护方便，灵活性好等特点。 2) 由AT89S51单片机的技术资料可知，单片机的I/O口输出的电流很小,电压为5V。但是步进电机为电流驱动元件,所以要有足够的电流才能使它正常工作,同时又要保证电源提供功率的有效利用,步进电机正常工作,所以要优化功率驱动电路,目前经常用的功率驱动电路有单电压驱动电路(很少用)、单电压串联电阻驱动电路双电压驱动、高低压驱动(此系统不考虑)等,故有以下功率驱动电路可供选择:a单电压串电阻驱动 其特点是:响应比不串联电阻要快,提高了系统的相应速度。但是缺点是损耗大，功率低。电源提供的部分功率耗散在外接电阻上，同时电阻发热严重，在安装设备时必须考虑通风散热问题，这也使整个驱动器的体积增加，结构复杂，维护起来比较麻烦。目前的机械系统中多采用达林顿管阵列，可以简化电路，维护方便，同时可以使电路简单化，明朗化，推动级用中校功率晶体管，电阻用小瓦数就可以。通常选用的达林顿管阵列主要有ULN2003N、ULN2004、ULN2803等。其中前两种为七路达林顿阵列，而ULN2803为八路达林顿阵列，此系统由于是四相步进电机，所以为了提高系统的经济性。使用廉价的ULN2004即可满足系统的要求。b双电压驱动此电路的目的和单电压串联电阻是同样的想法，就是提高绕组导通电流的上升的前沿，就可以提高高频时绕组电流的平均值，改善高频特性。单电压串联电阻的办法正如上面所说的：增加了损耗，带来了通风散热等一系列问题。该电路的基本思想是在较低的频段用较低的电压驱动，而在高频时用较高的电压驱动。特点为在低频段与单电压驱动相同，而靠转换电源电压来提高高频响应。由于绕组中串电阻必不可少，所以仍然存在散热问题。另外，fk将整个频率划分成两段，使特性不连续，有突变。在低于fk但接近fk时，输出特性下降太大。C 9401和TIP122双重放大驱动电路单片机输出信号经过9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。L为步进电机的一相绕组。AT89S51选用频率12MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。R8是一外接电阻，起限流作用，也是一个改善回路时间常数的元件。D4为续二极管，使电机绕组产生的反电动势通过续流二极管而衰减掉，从而保护了功率管TIP122不受损坏。在R8外接电阻上并联一个1F电容,可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿，提高了步进电机的高频性能。与续流二极管串联的电阻可减小回路的放电时间常数，使绕组中电流脉冲的后沿变陡，电流下降时间变小，也起到提高高频工作性能的作用。综合以上所有的电路优缺点和电路的实际要求考虑，所以选用第三的接法，由于步进电机和单片机系统是分开供电的，且电压相差较大，为了使系统安全运行，或由于其它原因使得单片机系统和步进电机的驱动系统相通而导致系统异常，所以采用隔离元件使两个系统相互隔离，做到数字电路和模拟电路分开供电，提高了电路的可靠性。数字电路和模拟电路分开供电，提高了电路的可靠性。由于步进电机是感性，在工作的时候有感生电动势，根据电路分析可知，电流不能突变的原理，所以要在步进电机的绕组两端并联一个二极管，型号为IN4001提供一个电流泄放回路。可以较没有并联二极管时提高运行的频率，并进一步提高步进电机的响应速度。根据电路要求并优化系统，所以功率驱动模块和步进电机绕组之间每路串联一个电阻，电阻的阻值由以下式子计算可得，有： IUR RUI 12VR0.8A 得R15电阻的功率由下式计算得出： QIIR 0.16A0.16A21.925W此电路中选用5W电阻，阻值为15。此驱动单元电路选用的电阻功率足够的保护它不会被烧毁。选用此串联电阻可以提高步进电机的响应速度，提高其快速性。四、设计结果1控制部分 选用了单片机的外部中断0(INT0)；外部中断1(INT1)接限位开关作为保护安全；P1.0作为工作台快速正向移动(RAPID MOVING)的键盘输入接口；P1.1作为工作台反响移动（RAPID MOVING）的键盘输入接口；P1.2作为工作台快速正向移动10MM的键盘输入接口；P1.3作为工作台快速反向移动2MM的键盘输入接口。单片机系统由整流滤波后经过LM7805构成的电路产生+5V的直流稳压电源供电2驱动部分单片机输出控制信号经过9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、快进速、快退、正向走10MM和反向走3MM动作。该驱动电路系统由整流滤波后经过LM7805构成的电路产生+5V的直流稳压电源与经过LM7812构成的电路产生+12V直流稳压电源供电。3机械传动部分 步进电机选用的是42BYG006型号的, 其基本参数如下：工作电压：相数：2、工作电流：0.16A、绕线电阻：15、绕组电感：19mH、环境温度：2255、最大静力矩：1600g.cm、定位力矩：200g.cm、转动质量：60g.cm、质量：0.2kg步距角：0.9度;套筒连接;大小齿轮齿数分别为17和53, 齿轮模数为1; 丝杠选取型号为GZ1605-3的内循环滚珠丝杠,其功能主要参数是：公称直径16,公称导程5,丝杠外径15.5钢球直径3.175丝杠底径13.5,内循环数3;丝杠采用FF型机构支承。五、参考资料1 张旭专业课程设计指导书本院自用教材，20032 杜刚主编电路设计与制板-Protel应用教程 M 北京：清华大学出版社 20063 徐惠民，安德宁编著单片机原理及应用北京：北京邮电大学出版社，200010北京：机械工业出版社，200754 李柱、徐振高、蒋向前互换性与测量技术高等教育出版社，20045 卢金鼎，山静民主编机电一体化技术北京：中国轻工业出版社，199986 徐祥和，贾方，张志胜电子精密机械设计南京：东南大学出版社，2000107 孙淑霞、何建军、肖阳春C语言程序设计北京：电子工业出版社，20038 秦曾煌.电工学电子技术下册.第六版：高等教育出版社.20019 杨黎明，主编。机电一体化系统设计手册。北京：国防工业出版社。1997。110 胡泓，姚伯威主编机电一体化原理及应用北京：国防工业出版社，2004711 杜刚主编，王启宁、戎华洪、张东霞等电路设计与制板Protel应用教程北京清华大学出版社，2006五、程序清单ORG0000HMAIN:MOV TCON,05H MOV IE,#8FH ;开中断STOP:ORLP0,#0FFH ;步进电机停止LOOP:JNBP3.2,STOP ;碰到左限位开关电机停止JNBP3.3,STOP ;碰到左限位开关电机停止JNBP1.2,FOR1 ;如果1.2按下则进10MMJNB P1.3,FOR