智能机电系统综合设计实验指导书(黄色为原理).doc

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1、智能机电系统综合设计实验指导书电子科技大学机械电子工程学院2013年01月28日目录目录1实验一步进电机控制卡的设计2实验二硬件寻址方式控制机器手运动11实验三基于动态链接库方式控制机器手运动20实验四视频图像采集25实验一步进电机控制卡的设计一实验配置1、安装有PROTELDXP电路设计软件的计算机1台。二实验内容与步骤1、实验平台的组成与原理。4自由度机器手采用平面关节结构型式，其原理如图1-1所示。机器手的1、2和3轴在水平面上旋转运动，Z轴通过螺旋副将电机的旋转转换为垂直升降运动，其中1、2轴由交流伺服电机驱动，3、Z轴由两相混合式步进电机驱动。图1-1机器手结

2、构原理简图电气控制采用“计算机+运动控制卡”方式，其原理如图1-2所示。计算机内部安装了基于ISA总线的电机运动信号接口卡，通过编写程序可输出电机驱动器所需的相应控制指令和信号，例如，控制步进电机运动的脉冲信号，控制方向的电平信号。此外，各轴运动的极限位置安装有光电开关，通过程序检测逻辑信号可防止相应的轴超出运动范围，起到保护作用。图1-24自由度机器手实验平台原理图2、通过ProtelDXP2004创建一个新工程。新建一个工程，选择File—>New—>Project—>PCBProject，Projects面板出现。新的项目文件，PCBProject1.PrjPCB

3、，与“nodocumentsadded”文件夹一起列出，如图1-3所示。图1-3新建工程通过选择File—>SaveProjectAs来将新项目重命名（扩展名为*.PrjPCB）。指定你要把这个项目保存在你的硬盘上的位置，在文件名栏里键入文件名“StepCtrl.PrjPCB”并点击Save。2、在工程里创建原理图纸，添加集成元件库。选择File—>New并点击Schematic。一个名为Sheet1.SchDoc的原理图图纸出现在设计窗口中，并且原理图文件夹也自动地添加（连接）到项目StepCtrl.PrjPCB。这个原理图图纸现在列表在Projects标签中的紧挨着

4、项目名下的SchematicSheets文件夹下。通过选择File—>SaveAs来将新原理图文件重命名（扩展名为*.SchDoc）。指定你要把这个原理图保存在你的硬盘中的位置，在文件名栏键入StepCtrl.SchDoc，并点击Save。当空白原理图纸打开后，工作区发生了变化，左边出现了新的工具栏，此时处于原理图编辑器中，如图1-4所示，应出现原理图元件库（图中的“1”），如果没出现，点击右下角的System（图中的“2”）后，把Libraries打上钩。图1-4编辑原理图纸往空白原理图纸中添加元器件前，先确定元件库中是否有名为StepCtrl.IntLib的集成元件

5、库（图中的“3”），如果没有，则进行如图1-5的操作，点击Libraries—>Install，在跳出的对话框中，找到本实验相关文档的路径，添加StepCtrl.IntLib集成元件库。在StepCtrl.IntLib元件库中就有设计主控制器电路时用到的所有元件封装。图1-5添加元件库3、绘制主控制器的原理图。按图1-6绘制步进电机控制卡的原理图。图1-6步进电机控制卡原理图2个计数器芯片8253控制机器手的3轴和Z轴。每个8253共有3个计数器，工作在方式2（分频器）下的计数器2，为计数器0提供时钟输入，它将外部晶振的2MHz信号分频为134KHz，原因是步进电机的最

6、高运行频率一般不大于200KHz；计数器0工作在方式3（方波发生器）下，输出频率可控的脉冲驱动步进电机转动，频率的高低决定了相应机器手关节的运动速度；计数器1工作在方式0（计数器）下，用于计数0输出脉冲的计数，当计数达到预设值时，其OUT1引脚变为高电平，经过反相器74HC04后使计数器0的门控信号为低电平，停止脉冲输出，从而实现了机器手关节的角位移量控制。并口芯片8255的PC0与PC1引脚输出步进电机转向控制信号，PB0~PB3引脚用于检测限位开关信号，防止机器手的运动超出极限范围。计算机地址总线A23~A2位的状态通过译码器74HC138转为各芯片的片选信号，A1

7、、A0位则对应了芯片中相应的寄存器地址，各功能控制指令的端口地址如表1-1所示。表1-1控制指令地址功能地址作用Z轴步进电机控制0x267控制指令端口地址0x264脉冲频率端口地址（计数器0）0x265位置控制端口地址（计数器1）0x266时钟分频端口地址（计数器2）3轴步进电机控制0x263控制指令端口地址0x260电机频率端口地址（计数器0）0x261位置脉冲端口地址（计数器1）0x262时钟分频端口地址（计数器2）I/O接口控制0x269限位开关端口地址（PB0~PB3）0x26B电机方向控制端口地址双击元件库中需要添加到原理图里的