一種簡單的伺服電機控制器設計

呂桂娟

摘要：隨著自動化技術的發展伺服電機應用的越來越廣泛，本文設計了一種基于C8051F700的伺服電機控制裝置。介紹了該裝置的硬件電路設計和軟件設計，具有一般伺服電機的基本控制模式和電路保護模式，具有一定的應用價值。

關鍵詞：伺服電機；單片機；LCD

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0193-01

1 引言

隨著科學技術的發展和自動化技術水平的不斷提高，自動化機器人已經成為生產中不可缺少的一部分。機器人的使用幫助人們擺脫了繁重勞動或簡單的重復性勞動，并且減少人類在危險環境中進行作業。為了保證工業生產過程中的高精度，逐步使用由伺服電機制造的機器人來代替普通電機制造的機器人。這樣就使得伺服電機得到了普遍的應用。這里介紹一種簡單的伺服電機控制器，可以對伺服電機進行簡單的控制。主要用來測試和維修伺服電機。

2 系統結構及原理

控制系統主要由單片機控制系統、液晶顯示模塊，鍵盤輸入模塊、脈沖驅動電路、和485通訊總線來構成。如圖1所示。

2.1 單片機最小系統

單片機最小系統由4部分組成：復位電路、時鐘電路、電源電路、程序燒制接口電路。單片機的上電復位電路由一個10uF的電容和一個4.7K左右的電阻組成，復位電路的作用是使單片機回復到初始狀態來工作。由于C8051F700單片機有內部時鐘電路，所以本設計中不需要設計時鐘電路。穩定的電源是工作的可靠保證，在單片機5V電源供電系統中不僅有7805穩壓芯片，而且在單片機端增加了400uF的電解電容用來穩壓、0.1uF的滌綸電容用來去除干擾。C8051F700單片機使用的是JTAG接口燒錄程序。

2.2 驅動電路設計

在單片機的所有干擾中，共地干擾是影響單片機所有工作的主要因素。為了能夠去掉單片機中的共地帶來的干擾，需要把單片機的不同回路做成不同的地，這樣可以避免單片機控制回路和伺服電機驅動回路進行互相干擾。這里采用的是光耦器件對地進行分離，通過光來進行互相控制和反饋。正常情況下干擾是沒有足夠的電流導致發光二極管發光，所以干擾就被抑制掉了。由于光耦的抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高、實現了輸入輸出的完全隔離，實現了對設備很好的保護。這里和伺服電機的驅動接口電路采用高速光耦6N137作為驅動電路。該光耦隔離性好，而且能達到伺服電機要求的高速特性。

2.3 輸入輸出電路設計

隨著液晶顯示技術的不斷發展和價格的不斷降低，在儀器儀表的設計使用過程中LED數碼管顯示已經逐步被LCD液晶顯示所代替，LCD具有顯示信息量大，功耗更低，質量輕等優點。這里選用了12864LCD作為顯示輸出，驅動芯片是ST7920。單片機的按鍵設計主要有2種方式：直接按鍵方式和矩陣鍵盤方式。直接按鍵方式是把每個按鍵都單獨接到單片機的一個I/O接口上，矩陣鍵盤是通過I/O口的行列變化來判斷，可以用少口實現多鍵盤。本系統需要的按鍵數量比較少，同時按鍵可以做成功能按鍵。所以這里采用了直接按鍵方式。

在設計的同時預留了通訊用485接口，如果有需要將來可以增加擴展模塊，通過通訊口可以和上位機進行通訊。

3 系統軟件設計

在單片機的軟件設計中，KEIL作為單片機的軟件開發工具，提供了C語言環境，并且代碼效率高，執行速度快。Keil編程環境包含：編譯器、匯編器、實時操作系開發環境。軟件編寫的功能模塊主要有：12864驅動模塊、界面菜單顯示功能模塊、按鍵模塊。各個軟件模塊編寫完成后，再編寫整個伺服電機的控制過程。本系統軟件編寫過程中是先完成了LCD液晶顯示的工作，完成液晶顯示的工作后，編寫了按鍵程序同時進行了調試。在編寫完鍵盤顯示程序后，編寫控制輸入輸出程序，輸出接口，主要是對伺服電機的使能、左、右限位復位和脈沖輸出、方向輸出進行編寫，同時通過光耦讀取伺服電機的報警信號。將伺服電機當前的狀態、輸出脈沖數量、是否有報警等等相關參數在LCD上進行顯示。

4 結語

本系統主要由C8051F700單片機、LCD液晶顯示，使用4個按鍵對伺服電機進行控制，伺服驅動回路由9個光耦電路組成。通過測試能夠簡單的控制伺服電機的啟動停止，調速等功能。系統硬件電路設計簡單、單片機軟件能夠完成控制功能、控制系統可靠、具有實用價值和參考價值。

參考文獻

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