Технология работы шагового двигателя (стр. 5 из 8)
Рис.44. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 8 триггера
Каждую функцию представим в виде дешифратора для каждого триггера.
Будем использовать синхронный JK триггер.
Рис.45 Схема управления двигателем.
Анализируя временные диаграммы (рис.20-21) можно заметить, что формы сигналов на циклах втягивания/выдвижения штока одинаковы, но подаются на разные входы. Поэтому нецелесообразно разрабатывать новую схему для выдвижения штока. Достаточно, используя имеющуюся схему, поменять выходы схемы управления двигателем.
Для управлением направлением движения штока будем использовать сигнал реверса. Для переключения входов, построим схему, используя мультиплексоры типа 2-1.
Рис.46 Мультиплексор.
Вход А – управляющий. На выход мультиплексора подаётся входная последовательность, в зависимости от значения управляющего входа. Так при подаче «0» на управляющий вход на выходе будет сигнал со входа D0, при подаче «1» - D1. Вход разрешения разрешает работу мультиплексора, управляется высоким уровнем сигнала.
Рис.47 Схема переключения режимов работы двигателя.
3. Формирование управляющих сигналов
Все схемы реализуем на ПЛИС на кристалле xc95288xl.
3.1 Измерение оборотов двигателя
Для измерения количества оборотов двигателя используется тахометр. Тахометр состоит из счётчика, считающего импульсы, поступающие с датчика координаты на двигателе, регистра, хранящего результаты измерений, и распределителя импульсов, частота которых выбирается таким образом, чтобы за период этих управляющих импульсов T на счётчик поступило определенное количество импульсов, по которым определяется скорость вращения двигателя. С распределителя поступают короткие импульсы, смещённые друг относительно друга. Первый поступает на тактовый вход регистра, обеспечивая сохранение показаний счётчика в нём, а второй обнуляет счётчик.
Если на один оборот двигателя приходится 1000 импульсов, и за время измерения Т на счетчик поступает Х импульсов, то выражение, по которому определяем угловую скорость вращения, имеет вид:
W=60Х/1000T (об/мин)
где: W - угловая скорость вращения двигателя.
Х - количество импульсов за T с.
Структурная схема тахометра приведена на рис. 48.
Рис. 48. Структурная схема тахометра
Счетчик делитель задает необходимое время подсчета импульсов с кодового датчика. Коэффициент зависит от времени измерения по формуле: 80*Х, где Х- время измерения в мс. Период измерения не должен быть слишком большим. Иначе счетчик переполнится и обнулится.
Сигнал с СС0 – записывает данные в регистр.
Сигнал с СС2 – обнуляет счетчик.
Сигнал с СС0 поступает на 1 такт раньше, чем с СС2. Т.е. Сначала измерение записывается в регистр, а потом обнуляется.
3.1.1 Счетчик-делитель
Так как частота ГТИ 20МГц, то для того чтобы обеспечить необходимые временные задержки логических элементов, необходимо уменьшить частоту сигнала, поставив делители. Требуемая частота сигнала – 50КГц. Чтобы добиться данной частоты установим делитель на 400. Он представляет из себя последовательно включенные делители на 5 и на 16.
Приведём состояния счетчика-делителя на 5 и переходы между ними. В соответствии с указанными переходами для каждого триггера в правой части таблицы записываются функции возбуждения.
Таблица 9.
| Исходное состояние | Следующеесостояние | Функциивозбуждения | |||||||||
 |  |  | | | |  |  |  |  |  |  |
 |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
Имея в виду, что вместо символа произвольного сигнала
можно подставлять любую переменную («0» или «1»), на основании таблицы запишем: 
(в столбце оставлена всего одна единица), 
, 
.Для функций
выберем варианты с наибольшим числом констант, чтобы меньше нагружать источники сигналов. Примем, что 
, 
и 
. 
Рис.49 Делитель на 5.
Реализация счетчика-делителя на 16 – аналогичная.
3.1.2 Тахометр
Сигнал требуемой частоты подается на 8-ми разрядный счетчик, после которого происходит сравнение на «0» и на «2». Т.е. сигналы записи в регистр и сброса счётчика импульсов разнесены по тактам. Это необходимо для того, чтобы не происходило одновременного сброса счётчика и считывания данных с него.
Рис.50 Тахометр.
На схеме вход В – вход с генератора требуемой частоты. На вход А поступают сигналы с датчика, стоящего на двигателе. Выходы out7 – out0 – значение текущей скорости двигателя.
Заключение
В данном курсовом проекте исследовали влияние нелинейности на характеристики двигателя: пришли к выводу, что можно перейти от описания модели двигателя полиномом 3го порядка к кусочно-непрерывным линейным функциям.
Спроектировали схемы управления шаговым двигателем: втягивание, выдвижение штока, используя подход построения счетчика с произвольным порядком счета; схему переключения режимов работы на основе мультиплексоров типа 2/1; схему формирования управляющих сигналов. Для разработки схем управления можно воспользоваться альтернативным методом, использующим средства автоматизации – язык VHDL.
Литература
1.П.В.Агуров «Интерфейсы USB. Практика использования и программирования» Спб.: БХВ – Петербург, 2004.
2.М.С.Голубцов, А.В.Кириченкова «Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному». Изд.2-е, испр. и доп. – М.: Солон – пресс,2004. 304с.
3.В.В.Гребнев «Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel». – М.:ИП-РадиоСофт, 2002. 176с.
4.Давыдова «Двигатель шаговый ДШМ 27,6-11,13-2 технические условия». 2007 – 42с.
5.В.Ю. Зотов «Проетирование цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы XILINX в САПР WebPackICE», Москва, 2003.
6.Г.М.Кутьков В.Н.Сидоров «Тракторы и автомобили» Учебно–методическое пособие. Москва – Калуга. 2007.
7.В.Н.Сидоров «Методика расчёта тягово-динамических характеристик трактора» методическое пособие. Калуга.
8. Е.П. Угрюмов «Цифровая схемотехника» СПБ.: БХВ – Петербург, 2004.
Приложение 1
| Q8 | Q7 | Q6 | Q5 | Q4 | Q3 | Q2 | Q1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
Приложение 2