基于AVR的底片自动定位系统的设计

2 系统各模块的设计
2．1 电机驱动电路
本系统中电机采用PWM方式调速，驱动器采用专业H桥组件LMD18200。LMD18200是美国国家半导体公司(NS)生产的用于电机驱动的功率集成芯片，内部集成4个DMOS管构成一个H桥，具备完善的逻辑控制电路和芯片保护电路；工作电压高达55 V；峰值输出电流高达6 A，连续输出电流达3 A；输入TTL／CMOS电平兼容。电机驱动电路原理如图1所示。
小型机电一体化产品要求直流电机的驱动器既有较小的体积，又能提供较大的电流、电压输出。采用达林顿三级管搭制H桥实现PWM脉宽调制控制，由于分立器件各个元件的特性并不相同，调速性能不太好，而且电路不能达到很高的稳定性。相比而言，采用美国国家半导体公司推出的专用于运动控制的桥组件LMD18200T具有很大的优势。
LMD18200原理框图如图2所示。

图2中，4个DMOS管构成的H桥及其控制逻辑电路均包含在1个11脚的T-220封装中，LMD18200工作原理：内部集成了4个DMOS管，组成一个标准的H型驱动桥。通过充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路有一个300 kHz左右的工作频率。可在引脚1，11外接电容形成第二个充电泵电路，外接电容越大，向开关管栅极输入的电容充电速度越快，电压上升的时间越短，工作频率可以更高。引脚2，10接直流电机电枢，正转时电流的方向应该从引脚2到引脚10；反转时电流的方向应该从引脚10到引脚2。电流检测输出引脚8可以接一个对地电阻，通过电阻来输出过流情况。内部保护电路设置的过电流阈值为10 A，当超过该值时会自动封锁输出，并周期性地自动恢复输出。如果过电流持续时间较长，过热保护将关闭整个输出。过热信号还可通过引脚9输出，当结温达到145℃时引脚9有输出信号。
2．2 光电检测电路
红外线光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称，它是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。产品广泛用于电力仪表、电子仪器仪表、计数器、转速测量、位置测量、传真机、碎纸机等各种工业和民用场合。
本测试系统采用EVERCOLORS的ITR-8307反射式光电开关。ITR-8307光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，反射式的光电开关是首选的检测开关。
本设计中采用额定电压为24 V的直流电压作为光电开关的工作电压。由所选光电开关的原理可知，光电开关输出脉冲信号的低电平为0 V，高电平为24 V，高电平采用2个电阻进行分压。再由两个三极管输入到单片机引脚，三极管设计电路如图1所示，完成低电平0 V，高电平5 V的转换。
2．3 人机接口电路
人机接口电路包括键盘和4位LED数码管显示，键盘模块采用的是3×4行列矩阵式非编码键盘，键盘用来对参数进行设定和功能的选择，包括删除、数据传输、查询等功能；显示器模块主要是由4位LED数码管和74LS595芯片组成；其电路图如图3所示，74LS595具有三态和锁存功能，脚14 SER为串行输入端，脚11SRCLK为移位寄存器时钟输入，脚12为锁存寄存器时钟输入，它连接微处理器与4位数字的7段数字LED显示，数码管用来实时显示被测底片张数，速度，存储的地址及张数等数据。