科技学院模板-自动跟踪智能型太阳能系统设计(8)

重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 4自动跟踪系统设计

图4-4 AT89C51的引脚

①主电源引脚 1)Vcc:电源端。 2)GND:接地端。

②外接晶体引脚XTAL1和XTAL2：

1)XTAL1:接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡信号源时，该引脚接收外部振荡源的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。

2)XTAL2:接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡信号源源时，此引脚应悬浮不连接。

③控制或与其它电源复位引脚RTS。

RST：复位输入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。在对Flash存贮器编程期间，该引脚也用于施加编程语序电源。

④输入/输出引脚P0.0-P0.7、Pl.O-P1.7、P2.0-P2.7。

1)P0端口(PO.0-PO.7):P0是一个8位漏极开路型双向I/0端口。作为输入口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8位TTL输入，对端口锁存器写“1”时，又可作为高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据时，它是分时多路转换的地址(低8位)/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在对Flash编程时，PO端口接收指令字节;而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。

2)P1端口(P1.0-P1.7):P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。Pl的输出可驱动4个TTL输入。作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash编程和程序验证期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。

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3)P2端口(P2.0-P2.7):P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

4.3.2外围电路

电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源，因此作为电子设备的基础元件，电源受到越来越多的重视。系统电源设计是单片机应用系统设计中的一项极其重要的工作，它对整个单片机系统能否正常运行起着至关重要的作用。电源设计应该同时考虑功率、电平及抗干扰等问题。电源功率必须能满足整个系统的需要。

在系统电路中，除单片机系统需要+5V直流电源外，步进电机和驱动器还需要一个模拟电源12V。选用PKB05电源变压器将220V交流电压变换成正负12V的电压。这种变压器结构紧凑、坚固、抗震、防潮、阻燃，外型美观，使用方便，抗电强度高。它的初级是220V，50HZ/60Hz，次级既可以是单路输出，也可以双路输出。由于这种变压器变出的电压仍是交流电压，且又不十分准确和稳定，所以再利用全桥整流，电容滤波电压稳定后，分别用三端稳压电源模块7812，7912，输出正负12V。电路在7812和7912的输入端分别接上0.33uF的CBB电容、2000uF/25V的电解电容和2.2uF的CBB电容、2000uF/25V的电解电容。CBB电容可以滤掉高频干扰，电解电容组合可以滤掉低频干扰。在输出端接上104瓷片（0.1uF）电容，对输出的+5V电源再次进行滤波，以得到干净的电源。

图4-5电源管理部分电路

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4.4步进电动机及驱动电路

4.4.1步进电动机介绍

步进电机其功用是将脉冲电信号变换相应的角位脉电号电动机就转动一个角度或前进一步。因此非常适合单片机控制，推动了步进电动机的发展，步进电动机的应用开辟了广阔的前景。

按励磁方式分类，步进电动机可分为3大类： (1)反应式步进电动机又称为磁阻式步进电动机。

它的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。它结构简单，成本低，步距角可以做得很小，但动态性能较差。

(2)永磁式步进电功机

永磁式步进电动机的转子是用永磁材料制成的。转子本身就是一个磁源。它的输出转矩大，动态性好。转子的极数与定子的极数相同，所以步距角一般较大。需供给正负脉冲信号。又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。移或直线位移，即给一个冲信。

(3)混合式步进电动机

混合式步进电动机也称为感应式步进电动机。它综合了反应式和永磁式两者的优点，它的输出转矩，动态性能好，步距角小，是一种很有发展前途的步进电动机。

4.4.2步进电机的主要特性

（1）步距角

步距角指每给一个电脉冲信号电机转子所应转过的角度。步进电机的步距角是由转子齿数和电机的相数所决定。典型的混合式步进电机是四相200步的电机，

。

步距角为1.9选择步进电机时，步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度。电机的步距角应等于或小于此角度。

（2）矩角特性

矩角特性是指不改变各相绕组的通电状态，即一相或几相绕组同时通以直流电流时，电磁转矩与失调角的关系。

（3）响应频率

在某一频率范围内步进电机可以任意运行而不会丢失一步，则这一最大频率称为响应频率。通常用启动频率f作为衡量的指标。它是指在一定负载下直接启动而不失步的极限频率，称为极限启动频率或突跳频率。

（4）启动矩频特性

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在给定的驱动条件下，负载惯量一定时，启动频率与负载转矩之间的关系称为启动矩频特性，又称牵入特性。

（5）运行矩频特性

在负载惯量不变时，运行频率与负载转矩之间的关系称为运行矩频特性，又称牵出特性。

（6）惯频特性

在负载力矩一定时，频率和负载惯量之间的关系，称为惯频特性。惯频特性分为启动惯频特性和运行惯频特性。

4.4.3步进电机的选择

（1）步进电机1选择

估计步进电机1所需要的最大静力矩不大于200N，故选用57BYGH1001混合式步进电机。

表4-1 57BYGH1001混合式步进电机

型号 电压(V) 电流(A) 电阻 (Ω) 最大静力矩 (N.cm) 200 机身长(mm) 100 57BYGH1001 5 3 1.4 输出转动惯重量轴直量(kg) 径 (g.cm2) (mm) 10 1.5 650 接线图 4.6 （2）步进电机2选择

估计步进电机2所需要的最大推力不大于2000N，故选用8700系列螺杆轴混合式步进电机。技术参数如下：

①线圈双极性， 2)最大推力 2270 N， 3）位移分辨率0.127mm，4）工作电压 5 V， 5）相电流 3.12 Amps ， 6）相电阻1.6 ， 7）相电感 8.8 mH ， 9）功耗 31.2 W, 10)最高温度 130°C， 11）重量 2.3 Kg，12）绝缘电阻 20

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