第13章微型計算機綜合應用舉例ppt課件

1、13.1 環(huán)境溫度測控系統(tǒng)設計環(huán)境溫度測控系統(tǒng)設計13.2 步進電機控制系統(tǒng)設計步進電機控制系統(tǒng)設計13.3 其他微機系統(tǒng)的設計其他微機系統(tǒng)的設計 計算機測控系統(tǒng)結合被控對象，測量其狀態(tài)和參數(shù)，用計算機測控系統(tǒng)結合被控對象，測量其狀態(tài)和參數(shù)，用計算機進行必要的處理和控制，一般構成需要處理器、計算機進行必要的處理和控制，一般構成需要處理器、I/O通道、測控對象等。通道、測控對象等。 例例 環(huán)境溫度測控系統(tǒng)設計示例環(huán)境溫度測控系統(tǒng)設計示例 環(huán)境溫度測控系統(tǒng)是應用較廣泛的系統(tǒng)，通過溫度的測環(huán)境溫度測控系統(tǒng)是應用較廣泛的系統(tǒng)，通過溫度的測量和自動調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)一個恒溫量和自動調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)一個恒溫/調(diào)

2、溫的環(huán)境。調(diào)溫的環(huán)境。 系統(tǒng)的硬件設計包括溫度檢測、定時、顯示和報警、繼系統(tǒng)的硬件設計包括溫度檢測、定時、顯示和報警、繼電器控制機構等部分。電器控制機構等部分。 溫度檢測通過溫度傳感器、溫度檢測通過溫度傳感器、ADC和和8255實現(xiàn)，實現(xiàn)，提供中斷方式的傳輸；定時電路完成采樣周期的提供中斷方式的傳輸；定時電路完成采樣周期的控制，比如每控制，比如每60s采樣一次，控制采樣過程；顯示采樣一次，控制采樣過程；顯示和報警電路通過和報警電路通過8255輸出利用輸出利用LED顯示當前溫度；顯示當前溫度；繼電器控制機構通過繼電器控制機構通過8255、DAC和繼電器實現(xiàn)對和繼電器實現(xiàn)對加溫、降溫機構的控制。加

3、溫、降溫機構的控制。 硬件系統(tǒng)的設計示例參考如圖：硬件系統(tǒng)的設計示例參考如圖： 步進電機是一種脈沖電機，是開環(huán)伺服運動系統(tǒng)步進電機是一種脈沖電機，是開環(huán)伺服運動系統(tǒng)執(zhí)行元件。廣泛用于數(shù)字控制系統(tǒng)，是工業(yè)控制過程執(zhí)行元件。廣泛用于數(shù)字控制系統(tǒng)，是工業(yè)控制過程和精密儀器設備的重要部件。和精密儀器設備的重要部件。 步進電機的運動方式有旋轉式步進電機和直線式步步進電機的運動方式有旋轉式步進電機和直線式步進電機，通過將脈沖信號轉換為角位移或線位移，步進電機，通過將脈沖信號轉換為角位移或線位移，步進電機的工作速度與脈沖頻率成正比，能夠提供高精進電機的工作速度與脈沖頻率成正比，能夠提供高精度的位移和速度控制

4、，具有快速啟停的特點。度的位移和速度控制，具有快速啟停的特點。 通常電機的轉子為永磁體，當電流流過定子繞通常電機的轉子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場方向與定轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度。轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一角度。轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉動一個角度前進一步。它輸個電脈沖，電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉速

5、與脈沖出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉速與脈沖頻率成正比。頻率成正比。 而改變繞組通電的順序，電機就會反轉。而改變繞組通電的順序，電機就會反轉。 可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。電順序來控制步進電機的轉動。 三相步進電機的定子繞有三相線圈，分別稱為三相步進電機的定子繞有三相線圈，分別稱為A、B、C三相，按星形連接，兩個相鄰磁極之間的夾角三相，按星形連接，兩個相鄰磁極之間的夾角為為60，中間的轉子是永磁鐵，沒有線圈，轉子圓周，中間的轉子是永磁鐵，沒有線圈，轉子圓周均勻分布若干矩形小齒。均勻分布若干矩形小齒。 當當A

6、、B、C三相線圈輪流通過一定節(jié)拍的電流脈三相線圈輪流通過一定節(jié)拍的電流脈沖信號，即勵磁時，產(chǎn)生的磁場吸引轉子轉動，每轉沖信號，即勵磁時，產(chǎn)生的磁場吸引轉子轉動，每轉動一次的角度稱為步距。動一次的角度稱為步距。 三相步進電機有三種工作方式：三相步進電機有三種工作方式： 1. 三相三拍式：三相三拍式：正轉的勵磁相序為正轉的勵磁相序為ABCA；反轉時的勵磁相序為反轉時的勵磁相序為ACBA。 2. 三相雙三拍式：三相雙三拍式：正轉時的勵磁相序為正轉時的勵磁相序為ABBCCAAB；反轉時的勵磁相序為反轉時的勵磁相序為ACCBBAAC 。3. 三相六拍式：三相六拍式：正轉時的勵磁相序為正轉時的勵磁相序為A

7、ABBBCCCAA；反轉時的勵磁相序為反轉時的勵磁相序為AACCCBBBAA。 第三種方式，單雙相輪流通電方式，步距角度第三種方式，單雙相輪流通電方式，步距角度小，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良小，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良 。 為減少一相線圈交替通電、斷電時容易造成失步為減少一相線圈交替通電、斷電時容易造成失步和振蕩，采用雙相輪流通電控制方式，可改善步進和振蕩，采用雙相輪流通電控制方式，可改善步進電機性能，獲得較好的穩(wěn)定性。電機性能，獲得較好的穩(wěn)定性。 其步距角按如下公式計算：其步距角按如下公式計算：（度）K*Z*360mM: 步進電機的相數(shù)步進電機的相數(shù)Z: 步進電機轉子的齒數(shù)步進電機轉子的齒數(shù)K: 通電方式

8、通電方式（K=1：相鄰兩次通電的相數(shù)相同；：相鄰兩次通電的相數(shù)相同； K=2：相鄰兩次通電的相數(shù)不同）。：相鄰兩次通電的相數(shù)不同）。 步進電機不同的輪流通電方式稱為步進電機不同的輪流通電方式稱為“分配方式分配方式”，每循環(huán)一次所包含的通電狀態(tài)數(shù)稱為拍數(shù)每循環(huán)一次所包含的通電狀態(tài)數(shù)稱為拍數(shù)n=m*K，對于三相六拍式步進電機對于三相六拍式步進電機n=3*2=6拍。拍。如果轉子的齒數(shù)如果轉子的齒數(shù)Z=40，齒距角為，齒距角為9，而其，而其步距角步距角=360/6*40=1.5，即通電，即通電6次轉子轉次轉子轉過一個齒距。過一個齒距。 通過滾珠桿可以將角位移轉換為線位移。如果轉通過滾珠桿可以將角位移轉

9、換為線位移。如果轉子轉動一周，線位移為子轉動一周，線位移為L mm，則容易計算線位移與，則容易計算線位移與脈沖拍數(shù)間的關系。脈沖拍數(shù)間的關系。例例 三相六拍方式步進電機控制。三相六拍方式步進電機控制。 三相六拍方式步進電機的三相線圈按勵磁相序按三相六拍方式步進電機的三相線圈按勵磁相序按一定頻率給出通電信號，電機會平穩(wěn)轉動。一定頻率給出通電信號，電機會平穩(wěn)轉動。 如正轉時的勵磁相序為如正轉時的勵磁相序為AABBBCCCAA，轉換為，轉換為ABC三相線三相線圈順序控制字為圈順序控制字為001、011、010、110、100、101，通過并口實現(xiàn)多路脈沖循環(huán)分配電路，連接控制三通過并口實現(xiàn)多路脈沖循環(huán)分配電路，連接控制三相線圈驅(qū)動相線圈驅(qū)動 。硬件系統(tǒng)的設計示例：硬件系統(tǒng)的設計示例： 除了微機系統(tǒng)本身的接口資源和接口芯片外，除了微機系統(tǒng)本身的接