基于AVR的底片自動(dòng)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)
2．1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
本系統(tǒng)中電機(jī)采用PWM方式調(diào)速，驅(qū)動(dòng)器采用專(zhuān)業(yè)H橋組件LMD18200。LMD18200是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS)生產(chǎn)的用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率集成芯片，內(nèi)部集成4個(gè)DMOS管構(gòu)成一個(gè)H橋，具備完善的邏輯控制電路和芯片保護(hù)電路；工作電壓高達(dá)55 V；峰值輸出電流高達(dá)6 A，連續(xù)輸出電流達(dá)3 A；輸入TTL／CMOS電平兼容。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理如圖1所示。
小型機(jī)電一體化產(chǎn)品要求直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器既有較小的體積，又能提供較大的電流、電壓輸出。采用達(dá)林頓三級(jí)管搭制H橋?qū)崿F(xiàn)PWM脈寬調(diào)制控制，由于分立器件各個(gè)元件的特性并不相同，調(diào)速性能不太好，而且電路不能達(dá)到很高的穩(wěn)定性。相比而言，采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的專(zhuān)用于運(yùn)動(dòng)控制的橋組件LMD18200T具有很大的優(yōu)勢(shì)。
LMD18200原理框圖如圖2所示。

圖2中，4個(gè)DMOS管構(gòu)成的H橋及其控制邏輯電路均包含在1個(gè)11腳的T-220封裝中，LMD18200工作原理：內(nèi)部集成了4個(gè)DMOS管，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的H型驅(qū)動(dòng)橋。通過(guò)充電泵電路為上橋臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路有一個(gè)300 kHz左右的工作頻率。可在引腳1，11外接電容形成第二個(gè)充電泵電路，外接電容越大，向開(kāi)關(guān)管柵極輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時(shí)間越短，工作頻率可以更高。引腳2，10接直流電機(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳2到引腳10；反轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳10到引腳2。電流檢測(cè)輸出引腳8可以接一個(gè)對(duì)地電阻，通過(guò)電阻來(lái)輸出過(guò)流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過(guò)電流閾值為10 A，當(dāng)超過(guò)該值時(shí)會(huì)自動(dòng)封鎖輸出，并周期性地自動(dòng)恢復(fù)輸出。如果過(guò)電流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)熱保護(hù)將關(guān)閉整個(gè)輸出。過(guò)熱信號(hào)還可通過(guò)引腳9輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到145℃時(shí)引腳9有輸出信號(hào)。
2．2 光電檢測(cè)電路
紅外線光電開(kāi)關(guān)(光電傳感器)是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均可檢測(cè)。產(chǎn)品廣泛用于電力儀表、電子儀器儀表、計(jì)數(shù)器、轉(zhuǎn)速測(cè)量、位置測(cè)量、傳真機(jī)、碎紙機(jī)等各種工業(yè)和民用場(chǎng)合。
本測(cè)試系統(tǒng)采用EVERCOLORS的ITR-8307反射式光電開(kāi)關(guān)。ITR-8307光電開(kāi)關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)開(kāi)關(guān)。
本設(shè)計(jì)中采用額定電壓為24 V的直流電壓作為光電開(kāi)關(guān)的工作電壓。由所選光電開(kāi)關(guān)的原理可知，光電開(kāi)關(guān)輸出脈沖信號(hào)的低電平為0 V，高電平為24 V，高電平采用2個(gè)電阻進(jìn)行分壓。再由兩個(gè)三極管輸入到單片機(jī)引腳，三極管設(shè)計(jì)電路如圖1所示，完成低電平0 V，高電平5 V的轉(zhuǎn)換。
2．3 人機(jī)接口電路
人機(jī)接口電路包括鍵盤(pán)和4位LED數(shù)碼管顯示，鍵盤(pán)模塊采用的是3×4行列矩陣式非編碼鍵盤(pán)，鍵盤(pán)用來(lái)對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和功能的選擇，包括刪除、數(shù)據(jù)傳輸、查詢等功能；顯示器模塊主要是由4位LED數(shù)碼管和74LS595芯片組成；其電路圖如圖3所示，74LS595具有三態(tài)和鎖存功能，腳14 SER為串行輸入端，腳11SRCLK為移位寄存器時(shí)鐘輸入，腳12為鎖存寄存器時(shí)鐘輸入，它連接微處理器與4位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示，數(shù)碼管用來(lái)實(shí)時(shí)顯示被測(cè)底片張數(shù)，速度，存儲(chǔ)的地址及張數(shù)等數(shù)據(jù)。