三维精密工作台机械结构及其控制系统设计(9)
3.4.本章小结
（1）根据三文精密工作台的总体设计要求，提出机械机构部分的设计方案，
确定三文精密工作台机械结构部分的设计指标。 机械结构部分的设计包括平面二
文工作台和竖直方向 Z轴的设计。
（2）平面二文工作台由两个结构相似的丝杠螺母机构组成，二文工作台通
过两部分的组合，实现 X、Y平面内的运动。
（3）Z 轴竖直放置，实现装夹于压电作动器上的点样头进行第三文竖直运
动的功能。
（4）机械结构部分的运动由步进电机实现，对三文精密工作台性能有影响
的参数有以下两个：步进电机的步距角和额定功率。通过对步距角以及功率的计
算分析，选择了型号为 PMM33A2-C11 的步进电机
4.三文精密工作台硬件电路设计
三文精密工作台硬件电路设计包含下位机核心板串口通信电路和步进电机
驱动电路的设计。其中，单片机核心板选择 STC89C52 单片机为微处理器；串口
通信电路基于MAX232；芯片步进电机驱动器根据 PMD03C型号的电机选择了
型号为PMM33A2-C11 的步进电机驱动器。
4.1.硬件电路总体设计
三文精密工作台硬件电路的总体设计方案如下：
（1） 将硬件电路按照功能划分为若干个模块；
（2） 对各分别进行原理图的设计；
（3） 根据原理图画 PCB
（4） 加工 PCB、焊接并调试电路
其中，三文精密工作台的电路硬件模块主要包括单片机最小系统、串口通信
电路和步进电机驱动器接口电路。
上述设计原理图和PCB的设计过程均在在Protel DXP 2004电气设计软件中
完成。
4.2.下位机核心板设计
在步进电机的单片机控制系统中，下位机一方面需要通过串口电路接收 PC
机传来的控制信号和返回 X-Y 工作台相关运行参数，另一方面又需要输出控制
信号以推动步进电机运动以实现 X-Y 工作台的运动。下位机核心板包括单片机
控制器、电源电路、晶振电路、复位电路、串行通信电路这五个组成部分，为了
满足系统拓展需求，在系统设计时将STC89C52单片机的引脚全部用接口引出，
方便操作者利用单片机管脚进行系统硬件扩展。
4.2.1.单片机的选型
目前工业上常用的 PC 控制器主要有工业控制机、PLC、运动控制器等，这
些设备功能通常比较全面，但价格较高。单片机以其体积小、功能强、可靠性好、
价格低廉、功耗小、易于开发及抗干扰性好等特点，在现代控制系统中得到了广
泛的应用，常用在操作现场进行数据采集以及实现现场控制，因此选用单片机作
为三文精密工作台的下位机控制器。
传统的单片机通常为 DIP封装，以 MCS51系列单片机为代表。随着集成电
路技术的快速发展，单片机的集成度越来越高、功能越来越大、体积越来越小。
为了满足实验的需求，三文精密工作台采用了拥有很多先进技术 STC89C52
型单片机，其制造工艺先进、可靠性高、更模块化、易于系统的拓展，完全能够
满足控制系统的要求。
4.2.2.单片机最小系统
最小系统由三部分组成：控制芯片，复位电路和晶振电路。复位电路复位端
连接芯片 RST引脚，晶振电路晶振两端连接芯片XTAL1引脚与 XTAL2引脚。
单片机最小系统如图 4.1所示：
图 4.1 单片机最小系统
4.2.3.单片机的电源电路
单片机能否正常稳定工作很大程度取决于其供电系统电压是否稳定可靠， 若
电压太高，会烧毁单片机，电压太低，驱动能力不够。STC89C52 单片机的正常