一种简单的伺服电机控制器设计

吕桂娟

摘要：随着自动化技术的发展伺服电机应用的越来越广泛，本文设计了一种基于C8051F700的伺服电机控制装置。介绍了该装置的硬件电路设计和软件设计，具有一般伺服电机的基本控制模式和电路保护模式，具有一定的应用价值。

关键词：伺服电机；单片机；LCD

中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0193-01

1 引言

随着科学技术的发展和自动化技术水平的不断提高，自动化机器人已经成为生产中不可缺少的一部分。机器人的使用帮助人们摆脱了繁重劳动或简单的重复性劳动，并且减少人类在危险环境中进行作业。为了保证工业生产过程中的高精度，逐步使用由伺服电机制造的机器人来代替普通电机制造的机器人。这样就使得伺服电机得到了普遍的应用。这里介绍一种简单的伺服电机控制器，可以对伺服电机进行简单的控制。主要用来测试和维修伺服电机。

2 系统结构及原理

控制系统主要由单片机控制系统、液晶显示模块，键盘输入模块、脉冲驱动电路、和485通讯总线来构成。如图1所示。

2.1 单片机最小系统

单片机最小系统由4部分组成：复位电路、时钟电路、电源电路、程序烧制接口电路。单片机的上电复位电路由一个10uF的电容和一个4.7K左右的电阻组成，复位电路的作用是使单片机回复到初始状态来工作。由于C8051F700单片机有内部时钟电路，所以本设计中不需要设计时钟电路。稳定的电源是工作的可靠保证，在单片机5V电源供电系统中不仅有7805稳压芯片，而且在单片机端增加了400uF的电解电容用来稳压、0.1uF的涤纶电容用来去除干扰。C8051F700单片机使用的是JTAG接口烧录程序。

2.2 驱动电路设计

在单片机的所有干扰中，共地干扰是影响单片机所有工作的主要因素。为了能够去掉单片机中的共地带来的干扰，需要把单片机的不同回路做成不同的地，这样可以避免单片机控制回路和伺服电机驱动回路进行互相干扰。这里采用的是光耦器件对地进行分离，通过光来进行互相控制和反馈。正常情况下干扰是没有足够的电流导致发光二极管发光，所以干扰就被抑制掉了。由于光耦的抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高、实现了输入输出的完全隔离，实现了对设备很好的保护。这里和伺服电机的驱动接口电路采用高速光耦6N137作为驱动电路。该光耦隔离性好，而且能达到伺服电机要求的高速特性。

2.3 输入输出电路设计

随着液晶显示技术的不断发展和价格的不断降低，在仪器仪表的设计使用过程中LED数码管显示已经逐步被LCD液晶显示所代替，LCD具有显示信息量大，功耗更低，质量轻等优点。这里选用了12864LCD作为显示输出，驱动芯片是ST7920。单片机的按键设计主要有2种方式：直接按键方式和矩阵键盘方式。直接按键方式是把每个按键都单独接到单片机的一个I/O接口上，矩阵键盘是通过I/O口的行列变化来判断，可以用少口实现多键盘。本系统需要的按键数量比较少，同时按键可以做成功能按键。所以这里采用了直接按键方式。

在设计的同时预留了通讯用485接口，如果有需要将来可以增加扩展模块，通过通讯口可以和上位机进行通讯。

3 系统软件设计

在单片机的软件设计中，KEIL作为单片机的软件开发工具，提供了C语言环境，并且代码效率高，执行速度快。Keil编程环境包含：编译器、汇编器、实时操作系开发环境。软件编写的功能模块主要有：12864驱动模块、界面菜单显示功能模块、按键模块。各个软件模块编写完成后，再编写整个伺服电机的控制过程。本系统软件编写过程中是先完成了LCD液晶显示的工作，完成液晶显示的工作后，编写了按键程序同时进行了调试。在编写完键盘显示程序后，编写控制输入输出程序，输出接口，主要是对伺服电机的使能、左、右限位复位和脉冲输出、方向输出进行编写，同时通过光耦读取伺服电机的报警信号。将伺服电机当前的状态、输出脉冲数量、是否有报警等等相关参数在LCD上进行显示。

4 结语

本系统主要由C8051F700单片机、LCD液晶显示，使用4个按键对伺服电机进行控制，伺服驱动回路由9个光耦电路组成。通过测试能够简单的控制伺服电机的启动停止，调速等功能。系统硬件电路設计简单、单片机软件能够完成控制功能、控制系统可靠、具有实用价值和参考价值。

参考文献

[1]何立民.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

[2]颜嘉男.伺服电机应用技术[M].北京：科学出版社，2010.

[3]靳桅.基于51系列单片机的LED显示屏开发技术[M].北京：北京航空航天大学，2009.