基于AVR的底片自動定位系統的設計

2 系統各模塊的設計
2．1 電機驅動電路
本系統中電機采用PWM方式調速，驅動器采用專業H橋組件LMD18200。LMD18200是美國國家半導體公司(NS)生產的用于電機驅動的功率集成芯片，內部集成4個DMOS管構成一個H橋，具備完善的邏輯控制電路和芯片保護電路；工作電壓高達55 V；峰值輸出電流高達6 A，連續輸出電流達3 A；輸入TTL／CMOS電平兼容。電機驅動電路原理如圖1所示。
小型機電一體化產品要求直流電機的驅動器既有較小的體積，又能提供較大的電流、電壓輸出。采用達林頓三級管搭制H橋實現PWM脈寬調制控制，由于分立器件各個元件的特性并不相同，調速性能不太好，而且電路不能達到很高的穩定性。相比而言，采用美國國家半導體公司推出的專用于運動控制的橋組件LMD18200T具有很大的優勢。
LMD18200原理框圖如圖2所示。

圖2中，4個DMOS管構成的H橋及其控制邏輯電路均包含在1個11腳的T-220封裝中，LMD18200工作原理：內部集成了4個DMOS管，組成一個標準的H型驅動橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個開關管提供柵極控制電壓，充電泵電路有一個300 kHz左右的工作頻率。可在引腳1，11外接電容形成第二個充電泵電路，外接電容越大，向開關管柵極輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時間越短，工作頻率可以更高。引腳2，10接直流電機電樞，正轉時電流的方向應該從引腳2到引腳10；反轉時電流的方向應該從引腳10到引腳2。電流檢測輸出引腳8可以接一個對地電阻，通過電阻來輸出過流情況。內部保護電路設置的過電流閾值為10 A，當超過該值時會自動封鎖輸出，并周期性地自動恢復輸出。如果過電流持續時間較長，過熱保護將關閉整個輸出。過熱信號還可通過引腳9輸出，當結溫達到145℃時引腳9有輸出信號。
2．2 光電檢測電路
紅外線光電開關(光電傳感器)是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。產品廣泛用于電力儀表、電子儀器儀表、計數器、轉速測量、位置測量、傳真機、碎紙機等各種工業和民用場合。
本測試系統采用EVERCOLORS的ITR-8307反射式光電開關。ITR-8307光電開關是一種集發射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，將光電開關發射器發射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，反射式的光電開關是首選的檢測開關。
本設計中采用額定電壓為24 V的直流電壓作為光電開關的工作電壓。由所選光電開關的原理可知，光電開關輸出脈沖信號的低電平為0 V，高電平為24 V，高電平采用2個電阻進行分壓。再由兩個三極管輸入到單片機引腳，三極管設計電路如圖1所示，完成低電平0 V，高電平5 V的轉換。
2．3 人機接口電路
人機接口電路包括鍵盤和4位LED數碼管顯示，鍵盤模塊采用的是3×4行列矩陣式非編碼鍵盤，鍵盤用來對參數進行設定和功能的選擇，包括刪除、數據傳輸、查詢等功能；顯示器模塊主要是由4位LED數碼管和74LS595芯片組成；其電路圖如圖3所示，74LS595具有三態和鎖存功能，腳14 SER為串行輸入端，腳11SRCLK為移位寄存器時鐘輸入，腳12為鎖存寄存器時鐘輸入，它連接微處理器與4位數字的7段數字LED顯示，數碼管用來實時顯示被測底片張數，速度，存儲的地址及張數等數據。