第04章常用控制程序的設(shè)計

1、計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)自動化教研室自動化教研室自動化專業(yè)主干課程自動化專業(yè)主干課程華北科技學(xué)院華北科技學(xué)院電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院第第4 4章常用控制程序的設(shè)計章常用控制程序的設(shè)計n4.1 報警程序的設(shè)計n4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù) n4.3 電機(jī)控制接口技術(shù)n4.4 步進(jìn)電機(jī)控制接口技術(shù)4.1 報警程序設(shè)計報警程序設(shè)計 在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全， 對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部位， 都設(shè)有緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)， 以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。4.1.1 常用報警方式常用報警方式在控制系統(tǒng)中通常可采用 聲音 如電鈴、電笛發(fā)出，蜂鳴器， 集成電子音樂芯片， 光 發(fā)光二極管或閃爍

2、的白熾燈等 語音報警，語音芯片 圖形與聲音混合報警， 顯示報警畫面（如報警發(fā)生的順序、報警發(fā)生 的時間、報警回路編號、報警內(nèi)容及次數(shù)）。4.1.1常用報警方式常用報警方式1發(fā)光二極管及白熾燈驅(qū)動電路（1）報警方法不同采用的驅(qū)動電路方式也不同。 發(fā)光二極管的驅(qū)動電流一般在 2030mA， 不能直接由 TTL 電平驅(qū)動，常采用 OC 門驅(qū)動器。 如 74LS06/07 等。 白熾燈報警時，應(yīng)該使用交流固態(tài)繼電器進(jìn)行控制。（2）為了能保持報警狀態(tài)，常采用帶有鎖存器的I/O接口芯片， （ Intel 8155、8255A ） 也可選用一般的鎖存器， （ 74LS273，74LS373，或 74LS37

3、7等）等）4.1.1常用報警方式常用報警方式圖圖4-1 LED4-1 LED報警接口電路報警接口電路4.1.1常用報警方式常用報警方式 2. 聲音報警驅(qū)動電路 常采用模擬聲音集成電路芯片， 如 KD-956X 系列， 采用CMOS工藝，軟封裝的報警IC芯片。KD-956X系列IC芯片具有以下共同特性：（1）工作電壓范圍寬；（2）靜態(tài)電流低；（3）外接振蕩電阻可調(diào)節(jié)模擬聲音的放音節(jié)奏；（4）外接一只小功率三極管，便可驅(qū)動揚(yáng)聲器。 其功能如表4.1（P97） 所示。4.1.1常用報警方式常用報警方式VSS 空 消防車聲VSS VSS 救護(hù)車聲VSS VDD警備聲VDD 空 機(jī)器聲SEL2 SEL1

4、 選聲端電平模擬聲表表4.1 KD956X 4.1 KD956X 系列報警芯片功能表系列報警芯片功能表4.1.1常用報警方式常用報警方式nKD-9561 芯片內(nèi)設(shè)： 振蕩器、節(jié)拍器、音色發(fā)生器、 地址計數(shù)器、控制和輸出級等部分。n根據(jù)內(nèi)部程序，設(shè)有兩個選聲端 SELl和SEL2， 改變這兩端的電平，便可發(fā)出各種不同的音響。nVDD提供電源正端電壓，VSS指電源負(fù)端電壓（地）。nKD-9561能發(fā)出4種不同的聲音，且體積小，價格低廉，音響逼真，控制簡便，所以，廣泛應(yīng)用于報警裝置及電動玩具。 外形及報警器電路圖，如圖4.2所示。4.1.1常用報警方式常用報警方式圖圖4.2 KD-95614.2 K

5、D-9561的外形和報警電路圖的外形和報警電路圖4.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡單報警程序的設(shè)計（1）軟件報警程序 這種方法的基本作法是把被測參數(shù)如溫度、壓力、這種方法的基本作法是把被測參數(shù)如溫度、壓力、流量、速度、成分等參數(shù)，經(jīng)傳感器，變送器、模數(shù)流量、速度、成分等參數(shù)，經(jīng)傳感器，變送器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，送到微型機(jī)后，再與規(guī)定的上、下限值進(jìn)行比轉(zhuǎn)換器，送到微型機(jī)后，再與規(guī)定的上、下限值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果進(jìn)行報警或處理，整個過程都由軟較，根據(jù)比較的結(jié)果進(jìn)行報警或處理，整個過程都由軟件實現(xiàn)。這種報警程序又可分簡單上、下限報警程序，件實現(xiàn)。這種報警程序又可分簡單上、下限報警程序，以及上、下限報警

6、處理程序。以及上、下限報警處理程序。4.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡單報警程序的設(shè)計1. 軟件報警程序設(shè)計 鍋爐水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如圖4.3所示。 汽包水位是鍋爐正常工作的重要指標(biāo)。 液面太高會影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液液面太高會影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象。水位過低，則由于汽包的水量較少，負(fù)荷又現(xiàn)象。水位過低，則由于汽包的水量較少，負(fù)荷又很大，水的汽化會很快。如果不及時調(diào)節(jié)液面，就很大，水的汽化會很快。如果不及時調(diào)節(jié)液面，就會使汽包內(nèi)液體全部汽化，可能導(dǎo)致鍋爐燒壞以至?xí)蛊鼉?nèi)液體全部汽化，可能導(dǎo)致鍋爐燒壞以至發(fā)生嚴(yán)重的爆炸事故。所以，鍋爐液面是一個非常發(fā)生嚴(yán)重的爆炸事故。所以

7、，鍋爐液面是一個非常重要的參數(shù)，一般采用雙沖量或如圖所示的三沖量重要的參數(shù)，一般采用雙沖量或如圖所示的三沖量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。4.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡單報警程序的設(shè)計圖圖4343鍋爐三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)鍋爐三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)4.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡單報警程序的設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計有 3 個報警參數(shù)： 水位上、下限， 爐膛溫度上、下限， 蒸汽壓力下限。 如圖4.4中所示： 要求當(dāng)各參數(shù)全部正常時，綠燈亮。 若某一個參數(shù)不正常，將發(fā)出聲光報警信號。 4.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡單報警程序的設(shè)計圖圖44 44 鍋爐報警系統(tǒng)圖鍋爐報警系統(tǒng)圖4.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡單報警程序的設(shè)計

8、 程序設(shè)計思想： 設(shè)置一個報警模型標(biāo)志單元 ALARM， 把各參數(shù)的采樣值分別與上、下限值進(jìn)行比較。 若某一位需要報警，則將相應(yīng)位置1，否則，清0。 所有參數(shù)判斷完畢后， 看報警模型單元 ALARM 的內(nèi)容是否為00H。 若為 00H，說明所有參數(shù)均正常，使綠燈發(fā)光。 不等于00H，則說明有參數(shù)越限，輸出報警模型。 程序流程圖，如圖4.5所示。 設(shè) 3個參數(shù)的采樣值： X1（水位）、X 2（爐膛溫度）、 X3（蒸汽壓力） 依次存放在以 SAMP 為首地址的內(nèi)存單元中， 相應(yīng)的允許極限值依次放在以 LIMIT為首地址的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)， 報警標(biāo)志位單元為 ALARM。 4.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡

9、單報警程序的設(shè)計 圖圖45 45 軟件報警程序模塊流程圖軟件報警程序模塊流程圖 ORG 8000HALARM： MOV DPTR，#SAMP ；采樣值存放地址DPTR MOVX A， DPTR ；取X1 MOV ALARM，#00H ；報警模型單元清0ALARM0: CJNE A，LIMIT，AA ；X1MAX1嗎ALARM1: CJNE A，LIMIT+1，BB ；X1MAX2嗎ALARM3: CJNE A，LIMIT+3，DD ；X2MIN2嗎ALARM4: INC DPTR ；取X3 MOVX A， DPTR CJNE A，LIMIT+4，EE ；X3MAX1 轉(zhuǎn) AOUT1 AJMPA

10、LARM1 BB： JCAOUT2；X1MAX2轉(zhuǎn)AOUT3 AJMPALARM3 DD： JCAOUT4；X2MIN2轉(zhuǎn)AOUT4 AJMPALARM44.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡單報警程序的設(shè)計EE：JC AOUT5；X3MIN3轉(zhuǎn)AOUT5AJMPDONEAOUT1： SETB00H；置X1超上限報警標(biāo)志AJMPALARM2AOUT2： SETB01H；置X1超下限報警標(biāo)志AJMPALARM2AOUT3： SETB02H；置X2超上限報警標(biāo)志AJMPALARM4AOUT4： SETB03H；置X2超下限報警標(biāo)志AJMPALARM4AOUT5： SETB04H；置X1超下限報警標(biāo)志AJ

11、MPDONE4.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡單報警程序的設(shè)計2 2硬件報警程序設(shè)計硬件報警程序設(shè)計某些根據(jù)開關(guān)量狀態(tài)進(jìn)行報警的系統(tǒng)，為了使系統(tǒng)簡某些根據(jù)開關(guān)量狀態(tài)進(jìn)行報警的系統(tǒng)，為了使系統(tǒng)簡化，可以不用上面介紹的軟件報警方法，而是采用硬化，可以不用上面介紹的軟件報警方法，而是采用硬件申請中斷的方法，直接將報警模型送到報警口中。件申請中斷的方法，直接將報警模型送到報警口中。這種報警方法的前提條件是被測參數(shù)與給定值的比較這種報警方法的前提條件是被測參數(shù)與給定值的比較是在傳感器中進(jìn)行的。例如，電結(jié)點(diǎn)式壓力計，電結(jié)是在傳感器中進(jìn)行的。例如，電結(jié)點(diǎn)式壓力計，電結(jié)點(diǎn)式溫度計，色帶指示報警儀等，都屬于這種傳

12、感器。點(diǎn)式溫度計，色帶指示報警儀等，都屬于這種傳感器。不管原理如何，它們的共同點(diǎn)是，當(dāng)檢測值超過（或不管原理如何，它們的共同點(diǎn)是，當(dāng)檢測值超過（或低于）上、下限值時，結(jié)點(diǎn)開關(guān)閉合，從而產(chǎn)生報警低于）上、下限值時，結(jié)點(diǎn)開關(guān)閉合，從而產(chǎn)生報警信號。這類報警系統(tǒng)電路圖，如圖信號。這類報警系統(tǒng)電路圖，如圖4.64.6所示。所示。4.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡單報警程序的設(shè)計圖圖46 46 硬件直接報警系統(tǒng)原理圖硬件直接報警系統(tǒng)原理圖報報警警結(jié)結(jié)點(diǎn)點(diǎn)4.1.2 簡單報警程序的設(shè)計簡單報警程序的設(shè)計 圖4.6中， SL1 和 SL2 分別為液位上、下限報警結(jié)點(diǎn)， SP 表示蒸汽壓力下限報警結(jié)點(diǎn)， ST

13、是爐膛溫度上限超越結(jié)點(diǎn)。 只要三個參數(shù)中的一個（或幾個）超限（即結(jié)點(diǎn)閉合）， 管腳都會由高變低，向 CPU 發(fā)出中斷申請。 CPU響應(yīng)后，讀入報警狀態(tài) P1.3P1.0，然后從P1口的高4 位輸出，完成超限報警的工作。 采用中斷工作方式，既節(jié)省了CPU計算的寶貴時間，又能不 失時機(jī)地實現(xiàn)參數(shù)超限報警。ORG 0000HAJMP MAIN；上電自動轉(zhuǎn)向主程序ORG 0003H；外部中斷方式0入口地址AJMP ALARMORG 0200H MAIN：SETB IT0；選擇邊沿觸發(fā)方式SETB EX0；允許外部中斷0SETB EA；CPU允許中斷 HERE：SJMP HERE；模擬主程序ORG 02

14、10H ALARM：MOV A，#0FFH ；設(shè)P1口為輸入口MOV P1，AMOV A，P1；取報警狀態(tài)SWAP A；MOV P1，A；輸出報警信號RETI根據(jù)圖根據(jù)圖4.64.6可寫出報警程序如下：可寫出報警程序如下：4.1.3 越限報警程序的設(shè)計越限報警程序的設(shè)計圖圖4.7 4.7 越限報警示意圖越限報警示意圖4.1.3 越限報警程序的設(shè)計越限報警程序的設(shè)計在圖在圖4.74.7中，中，H H是上限帶，是上限帶，L L為下限帶。規(guī)定只有為下限帶。規(guī)定只有當(dāng)被測量值越過當(dāng)被測量值越過A A點(diǎn)時，才認(rèn)為越過上限；測量值點(diǎn)時，才認(rèn)為越過上限；測量值穿越穿越H H帶區(qū)，下降到帶區(qū)，下降到B B點(diǎn)以

15、下才承認(rèn)復(fù)限。同樣道理，點(diǎn)以下才承認(rèn)復(fù)限。同樣道理，測量值在測量值在L L帶區(qū)內(nèi)擺動均不做超越下限處理；只有帶區(qū)內(nèi)擺動均不做超越下限處理；只有它回歸于它回歸于D D點(diǎn)之上時，才做超越下限后復(fù)位處理。點(diǎn)之上時，才做超越下限后復(fù)位處理。這樣就避免了頻繁的報警和復(fù)限，以免造成操作人這樣就避免了頻繁的報警和復(fù)限，以免造成操作人員人為的緊張。實際上，大多數(shù)情況下，如前面鍋員人為的緊張。實際上，大多數(shù)情況下，如前面鍋爐水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中所述，上、下限并非只是惟一的爐水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中所述，上、下限并非只是惟一的值，而是允許一個值，而是允許一個“帶帶”。在帶區(qū)內(nèi)的值都認(rèn)為是。在帶區(qū)內(nèi)的值都認(rèn)為是正常的。帶寬構(gòu)成報警

16、的靈敏區(qū)。上、下限帶寬的正常的。帶寬構(gòu)成報警的靈敏區(qū)。上、下限帶寬的選擇應(yīng)根據(jù)具體的被測參數(shù)而定。選擇應(yīng)根據(jù)具體的被測參數(shù)而定。4.1.3 越限報警程序的設(shè)計越限報警程序的設(shè)計下面重新對鍋爐液位報警程序進(jìn)行設(shè)計。設(shè)鍋下面重新對鍋爐液位報警程序進(jìn)行設(shè)計。設(shè)鍋爐水位采樣并經(jīng)濾波處理后的值存放在以爐水位采樣并經(jīng)濾波處理后的值存放在以SAMPSAMP為起為起始地址的內(nèi)存單元中（設(shè)采樣值為始地址的內(nèi)存單元中（設(shè)采樣值為1212位數(shù)，占用兩位數(shù)，占用兩個內(nèi)存單元）。上、下限報警及上、下限復(fù)位門限個內(nèi)存單元）。上、下限報警及上、下限復(fù)位門限值分別存放在以值分別存放在以ALADEGALADEG為首地址的內(nèi)存單

17、元中。報為首地址的內(nèi)存單元中。報警標(biāo)志單元為警標(biāo)志單元為FLAGFLAG，其中，其中D D2 2位為越上限標(biāo)志位，位為越上限標(biāo)志位，D D3 3位為越下限標(biāo)志位。其內(nèi)存分配，如圖位為越下限標(biāo)志位。其內(nèi)存分配，如圖4.84.8所示。所示。圖圖4.8 4.8 有關(guān)內(nèi)存的分配有關(guān)內(nèi)存的分配R0 R0 R1 R1 4.1.3 越限報警程序的設(shè)計越限報警程序的設(shè)計越限報警程序的基本思路是將采樣、數(shù)字濾波越限報警程序的基本思路是將采樣、數(shù)字濾波后的數(shù)據(jù)與該被測點(diǎn)上、下限給定值進(jìn)行比較，檢后的數(shù)據(jù)與該被測點(diǎn)上、下限給定值進(jìn)行比較，檢查是否越限；或與上限復(fù)位值、下限復(fù)位值進(jìn)行比查是否越限；或與上限復(fù)位值、下限

18、復(fù)位值進(jìn)行比較，檢查是否復(fù)位上、下限。如越限，則分別置位較，檢查是否復(fù)位上、下限。如越限，則分別置位越上、下限標(biāo)志，并輸出相應(yīng)的聲、光報警模型。越上、下限標(biāo)志，并輸出相應(yīng)的聲、光報警模型。如已復(fù)位上、下限，則清除相應(yīng)標(biāo)志。當(dāng)上述報警如已復(fù)位上、下限，則清除相應(yīng)標(biāo)志。當(dāng)上述報警處理完之后，返回主程序。如圖處理完之后，返回主程序。如圖4.94.9所示的是其程所示的是其程序的流程圖。序的流程圖。 圖圖4.9 4.9 越限報警子程序的流程越限報警子程序的流程BRAN1BRAN1DONEDONEBRAN4BRAN4BRAN2BRAN2BRAN3BRAN3 ORG 8000H ACACHE: MOV R0

19、，#SAMP ；采樣值首地址 R0MOV A， R0；取采樣值低8位MOV R1，#20H ；取上限報警值低8位ACALL DUBSUB；檢查是否越上限JNC BRAN1 ；越上限，轉(zhuǎn)BRAN1MOV A，R0；取采樣值低8位ACALL DUBSUB；檢查是否復(fù)位上限JNC DONE ；不復(fù)位上限，返回主程序JB 42H，BRAN2 ；上限若置位，則轉(zhuǎn)BRAN2MOV A，RO；取采樣值低8位ACALL DUBSUB；檢查下限報警值JC BRAN3；越下限，轉(zhuǎn)BRAN3根據(jù)圖根據(jù)圖4.9 4.9 可寫出越限報警子程序如下：可寫出越限報警子程序如下： MOV A，R0；取采樣值低8位 ACALL

20、 DUBSUB ；檢查復(fù)位下限值 JC DONE；不復(fù)位下限，返回主程序 JNB 43H，DONE CLR 43HBRAN4: INC 2AH；記錄調(diào)整次數(shù)DONE: RETSAMP: EQU 30HBRAN1: 42H，DONE；判上限報警是否置位 SETB 42H；置上限報警標(biāo)志 MOV A，#81H；輸出越上限報警信號 MOV P1，A AJMP BRAN4JBJBBRAN2: CLR 42H；清上限報警標(biāo)志 AJMP BRAN4BRAN3: JB 43H，DONE ；判下限報警是否置位 若置位，則轉(zhuǎn)DONE SETB 43H；置下限報警標(biāo)志 MOV A, #82H；輸出越下限報警信號

21、AJMP BRAN4DUBSUB: CLR C；雙字節(jié)減法子程序 SUBB A，R1 INCR0 INCR1 MOVA，R0 SUBB A，R1 INCR1 DECR0 RET4.2 開關(guān)量輸出接口技術(shù)開關(guān)量輸出接口技術(shù)n在過程控制系統(tǒng)中，被測參數(shù)經(jīng)采樣處理計算之后，常需要進(jìn)行控制。n輸出設(shè)備往往需大電壓（或電流）來控制，而微型機(jī) 系統(tǒng)輸出的開關(guān)量大都為TTL/CMOS 電平，一般不能 直接驅(qū)動外部設(shè)備開啟或關(guān)閉。n許多外部設(shè)備(如大功率直流電機(jī)，接觸器等)在開關(guān)過 程中會產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號，如不加隔離可能會使 微機(jī)控制系統(tǒng)中造成誤動作或損壞。n開關(guān)量輸出控制中必須認(rèn)真考慮并設(shè)法解決的兩個

22、問題放大，隔離，4.2.1 光電隔離技術(shù)光電隔離技術(shù)圖圖410 410 光電隔離器原理圖光電隔離器原理圖n 光電隔離器的種類繁多:n 發(fā)光二極管/光敏三極管n 發(fā)光二極管/光敏復(fù)合晶體管n 發(fā)光二極管/光敏電阻n 發(fā)光二極管/光觸發(fā)可控硅等。4.2.1 光電隔離技術(shù)光電隔離技術(shù) 圖圖411 411 正確的隔離正確的隔離421 光電隔離技術(shù)光電隔離技術(shù)圖圖412 412 不正確的隔離不正確的隔離4.2.2 繼電器輸出接口技術(shù)n繼電器是電氣控制中常用的控制器件。一般由通電線圈和觸點(diǎn)（常開或常閉）構(gòu)成。 線圈通電時，開關(guān)觸點(diǎn)閉合（或打開）。 線圈不通電時，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開（或閉合）。n一般線圈可以用直

23、流低電壓控制（直流 9V，12V，24V 等）；觸點(diǎn)輸出部分可以直接與市電（220V）連接；n雖然繼電器本身有一定的隔離作用，但在與微型計算機(jī)接口連接時通常還是采用光電隔離器進(jìn)行隔離。 4.2.2 繼電器輸出接口技術(shù)圖4.13 繼電器接口電路423 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)n固態(tài)繼電器（Solid State Relay）簡稱SSR。 帶光電隔離器的無觸點(diǎn)開關(guān) ( 用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)， 在前級把光電隔離器熔為一體)。n固態(tài)繼電器有直流型和交流型固態(tài)繼電器之分。 n固態(tài)繼電器輸入控制電流小，輸出無觸點(diǎn)， 在微機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，大有取代電磁 繼

24、電器之勢。423 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 圖圖414 414 直流型直流型SSRSSR原理圖原理圖423 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)n直流SSR主要用于帶有直流負(fù)載的場合， 如直流電機(jī)控制， 直流步進(jìn)電機(jī)控制， 和電磁閥等。n圖圖415415所示為采用直流所示為采用直流SSRSSR控制三相步進(jìn)電機(jī)控制三相步進(jìn)電機(jī) 原理電路圖。原理電路圖。 圖中圖中 A、B、C為步進(jìn)電機(jī)的三相，為步進(jìn)電機(jī)的三相，只要按著一定的通電順序，只要按著一定的通電順序，即可實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制即可實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制 圖圖415 415 步進(jìn)電機(jī)控制原理圖步進(jìn)電機(jī)控制原理圖423 固態(tài)繼電

25、器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 2. 交流型SSR (1) 采用雙相可控硅作為開關(guān)器件. 用于交流大功率驅(qū)動場合， 如交流電機(jī)控制，交流電磁閥控制等。 (2)交流型SSR又可分為過零型和移相型兩類。 非過零型SSR，在輸入信號時，不管負(fù)載電流相位 如何，負(fù)載端立即尋通； 過零型必須在負(fù)載電源電壓接近零且輸入控制信號 有效時，輸入端負(fù)載電源才導(dǎo)通。 當(dāng)輸入的控制信號撤消后，不論哪一種類型，它們 都是流過雙向可控硅負(fù)載電流為零時才關(guān)斷。423 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 圖圖416 416 交流過零型交流過零型SSRSSR原理圖原理圖423 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器

26、輸出接口技術(shù) 圖圖4-18 4-18 用交流用交流 SSR SSR 控制交流電機(jī)原理圖控制交流電機(jī)原理圖1 10 01 1423 固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù) 在圖在圖418418中，當(dāng)控制端中，當(dāng)控制端PC0PC0輸出為低電平時，經(jīng)反相后，使輸出為低電平時，經(jīng)反相后，使上邊的上邊的SSRSSR導(dǎo)通，下的導(dǎo)通，下的SSRSSR截止使交流電通過截止使交流電通過A A相繞組正轉(zhuǎn)；反相繞組正轉(zhuǎn)；反之，如果之，如果PC0PC0輸出高電平，則上邊輸出高電平，則上邊SSRSSR的截止，下邊的的截止，下邊的SSRSSR導(dǎo)通，導(dǎo)通，使交流電流經(jīng)使交流電流經(jīng)B B相，電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖中相，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

27、圖中RpRp、CpCp組成浪涌電壓吸收組成浪涌電壓吸收回路，通?；芈罚ǔpRp為為100100左右，左右，CPCP為為0 01F1F。RMRM為壓敏電阻，用為壓敏電阻，用做過電壓保護(hù)。其電壓取值范圍通常為電源電壓有效值的做過電壓保護(hù)。其電壓取值范圍通常為電源電壓有效值的1 16 61 19 9倍，市售有專門適用于交流倍，市售有專門適用于交流220V220V或或380V380V的壓敏電阻。的壓敏電阻。 交流型固態(tài)繼電器選用時主要注意它的額定電壓和額定工作交流型固態(tài)繼電器選用時主要注意它的額定電壓和額定工作電流電流424 大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)大功率場效應(yīng)管開關(guān)的

28、特點(diǎn)： 輸入阻抗高 關(guān)斷漏電流小 響應(yīng)速度快 與同功率繼電器相比，體積較小，價格便宜，所以在開關(guān)量輸出控制中也常做為開關(guān)元件使用。 場效應(yīng)管的種類非常多，如IRF系列，電流可從幾個mA幾十A，耐壓可從幾十V幾百V，因此可以適合任何場合 。424 大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù) 圖圖419 419 大功率場效應(yīng)管的表示符號大功率場效應(yīng)管的表示符號控制柵極控制柵極 G G漏極漏極 D D源極源極 S S1 1NPN NPN 型型 圖圖420 420 采用大功率場效應(yīng)管的步進(jìn)電機(jī)控制電路原理圖采用大功率場效應(yīng)管的步進(jìn)電機(jī)控制電路原理圖大功率大功率場場效效應(yīng)應(yīng)管管只作只作開關(guān)開關(guān)

29、4.2.5 可控硅接口技術(shù) 可控硅（Silicon Controlled Rectifier）, 簡稱 SCR，大功率電器元件，也稱晶閘管。 它具有體積小，效率高，壽命長等優(yōu)點(diǎn)。n在自動控制系統(tǒng)中，作為大功率驅(qū)動器件，實現(xiàn)用小功率控件控制大功率設(shè)備。n它在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)以及隨動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。4.2.5 可控硅接口技術(shù)可控硅分單向可控硅和雙向可控硅兩種?？煽毓璺謫蜗蚩煽毓韬碗p向可控硅兩種。1. 1. 單向可控硅單向可控硅單向可控硅的表示符號，如圖單向可控硅的表示符號，如圖4.214.21（a a）所示。它）所示。它有有3 3個引腳，其中個引腳，其中A A為陽極，為陽極，K

30、 K為陰極，為陰極，G G為控制極。為控制極。它由它由4 4層半導(dǎo)體材料組成，可等效于層半導(dǎo)體材料組成，可等效于P1N1P2P1N1P2和和N1P2N2N1P2N2兩個三極管，如圖兩個三極管，如圖4.214.21（b b）所示。）所示。4.2.5 可控硅接口技術(shù)圖圖4.21 4.21 可控硅結(jié)構(gòu)可控硅結(jié)構(gòu)4.2.5 可控硅接口技術(shù)從圖從圖4.214.21（a a）所示中看出，它的符號基本上與前）所示中看出，它的符號基本上與前面介紹過的大功率場效應(yīng)開關(guān)管的符號相同，但它們面介紹過的大功率場效應(yīng)開關(guān)管的符號相同，但它們的工作原理卻有所不同。當(dāng)陽極電位高于陰極電位且的工作原理卻有所不同。當(dāng)陽極電位高

31、于陰極電位且控制極電流增大到一定值（觸發(fā)電流）時，可控硅由控制極電流增大到一定值（觸發(fā)電流）時，可控硅由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。一旦導(dǎo)通后，截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。一旦導(dǎo)通后， IgIg即使為零，可控硅即使為零，可控硅仍保持導(dǎo)通狀態(tài)，直到陽極電位小于或等于陰極電位仍保持導(dǎo)通狀態(tài)，直到陽極電位小于或等于陰極電位時為止。即陽極電流小于維持電流時，可控硅才由導(dǎo)時為止。即陽極電流小于維持電流時，可控硅才由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。其特性曲線如圖通變?yōu)榻刂?。其特性曲線如圖4.224.22所示。所示。 單向可控硅的單向?qū)üδ?，多用于直流大電流場合。單向可控硅的單向?qū)üδ?，多用于直流大電流場合。在交流系統(tǒng)中常用于大功率整流回路。在交流

32、系統(tǒng)中常用于大功率整流回路。 4.2.5 可控硅接口技術(shù)圖4.22 可控硅輸出特性4.2.5 可控硅接口技術(shù)2. 2. 雙向可控硅雙向可控硅雙向可控硅也叫三端雙向可控硅，簡稱雙向可控硅也叫三端雙向可控硅，簡稱TRIACTRIAC。雙向可控硅在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個單向可。雙向可控硅在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個單向可控硅反向連接，如圖控硅反向連接，如圖4.234.23所示。這種可控硅具所示。這種可控硅具有雙向?qū)üδ?。其通斷狀態(tài)由控制極有雙向?qū)üδ?。其通斷狀態(tài)由控制極G G決定。決定。在控制極在控制極G G上加正脈沖（或負(fù)脈沖）可使其正向上加正脈沖（或負(fù)脈沖）可使其正向（或反向）導(dǎo)通。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是控制電路

33、（或反向）導(dǎo)通。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡單，沒有反向耐壓問題，因此特別適合做交簡單，沒有反向耐壓問題，因此特別適合做交流無觸點(diǎn)開關(guān)使用。流無觸點(diǎn)開關(guān)使用。 4.2.5 可控硅接口技術(shù)圖圖4.23 4.23 雙向可控硅的符號、結(jié)構(gòu)及伏安特性雙向可控硅的符號、結(jié)構(gòu)及伏安特性4.2.5 可控硅接口技術(shù)和大功率場效應(yīng)管一樣，可控硅在與微型計算和大功率場效應(yīng)管一樣，可控硅在與微型計算機(jī)接口連接時也需加接光電隔離器，觸發(fā)脈沖電壓機(jī)接口連接時也需加接光電隔離器，觸發(fā)脈沖電壓應(yīng)大于應(yīng)大于4V4V；脈沖寬度應(yīng)大于；脈沖寬度應(yīng)大于2020 s s。在單片機(jī)控制系。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，常用單片機(jī)的某一根接口線或外

34、接統(tǒng)中，常用單片機(jī)的某一根接口線或外接I/OI/O接口接口的某一位產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。為了提高效率，要求觸發(fā)的某一位產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。為了提高效率，要求觸發(fā)脈沖與交流電壓同步，通常采用檢測交流電過零點(diǎn)脈沖與交流電壓同步，通常采用檢測交流電過零點(diǎn)來實現(xiàn)。圖來實現(xiàn)。圖4.244.24所示為某電爐溫度控制系統(tǒng)可控硅所示為某電爐溫度控制系統(tǒng)可控硅控制部分的電路原理圖?？刂撇糠值碾娐吩韴D。4.2.5 可控硅接口技術(shù)圖圖4.24 4.24 可控硅加熱爐控制系統(tǒng)的原理可控硅加熱爐控制系統(tǒng)的原理426 電磁閥接口技術(shù)電磁閥接口技術(shù) 電磁閥是在氣體或液體流動的管路中受電磁力控制開電磁閥是在氣體或液體流動的管路中受電磁力

35、控制開閉的閥體。廣泛應(yīng)用于液壓機(jī)械、空調(diào)系統(tǒng)、熱水器、自閉的閥體。廣泛應(yīng)用于液壓機(jī)械、空調(diào)系統(tǒng)、熱水器、自動機(jī)床等系統(tǒng)中。其結(jié)構(gòu)原理，如圖動機(jī)床等系統(tǒng)中。其結(jié)構(gòu)原理，如圖425425所示。它由線所示。它由線圈、固定鐵芯、可動鐵芯及閥體等組成。當(dāng)線圈不通電時，圈、固定鐵芯、可動鐵芯及閥體等組成。當(dāng)線圈不通電時，可動鐵芯受彈簧作用與固定鐵芯脫離，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)?？蓜予F芯受彈簧作用與固定鐵芯脫離，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)線圈通電時，可動鐵芯克服彈簧的彈力作用而與固定鐵當(dāng)線圈通電時，可動鐵芯克服彈簧的彈力作用而與固定鐵芯吸合，閥門處于打開狀態(tài)芯吸合，閥門處于打開狀態(tài)。這樣，就控制了液體和氣體。這樣，就控

36、制了液體和氣體的流動。流體推動油缸或氣缸轉(zhuǎn)換為物體的機(jī)械運(yùn)動，完的流動。流體推動油缸或氣缸轉(zhuǎn)換為物體的機(jī)械運(yùn)動，完成往復(fù)運(yùn)動。成往復(fù)運(yùn)動。電磁閥有交流和直流兩種。交流電磁閥使用方電磁閥有交流和直流兩種。交流電磁閥使用方便，但容易產(chǎn)生顫動，啟動電流大，并會引起發(fā)熱。直流電磁便，但容易產(chǎn)生顫動，啟動電流大，并會引起發(fā)熱。直流電磁閥可靠，但需專門電源，如閥可靠，但需專門電源，如12V12V、24V24V、48V48V。 426 電磁閥接口技術(shù)電磁閥接口技術(shù) 圖圖425 425 電磁閥結(jié)構(gòu)原理圖電磁閥結(jié)構(gòu)原理圖426 電磁閥接口技術(shù)電磁閥接口技術(shù) 圖圖426 426 交流電磁閥接口電路交流電磁閥接口電

37、路426 電磁閥接口技術(shù)電磁閥接口技術(shù) 圖中交流電磁閥圈由雙向可控硅圖中交流電磁閥圈由雙向可控硅KSKS驅(qū)動。驅(qū)動。KSKS的選的選擇要滿足：額定工作電流為交流電磁閥線圈工作電流擇要滿足：額定工作電流為交流電磁閥線圈工作電流的的2 23 3倍；額定工作電壓為交流電磁閥線圈電壓的倍；額定工作電壓為交流電磁閥線圈電壓的2 23 3倍。對于中小尺寸倍。對于中小尺寸220V220V工作電壓的交流電磁閥，工作電壓的交流電磁閥，可以選擇可以選擇3A3A、600V600V的雙向可控硅。的雙向可控硅。 光電隔離器光電隔離器MOC 3041MOC 3041的作用是觸發(fā)雙向晶閘管的作用是觸發(fā)雙向晶閘管KSKS以及

38、隔離微型機(jī)和電磁閥系統(tǒng)。光電隔離器的輸入端以及隔離微型機(jī)和電磁閥系統(tǒng)。光電隔離器的輸入端接接74077407，電單片機(jī)，電單片機(jī)80318031的的P1.0P1.0腳控制。當(dāng)腳控制。當(dāng)P1.0P1.0輸出為輸出為低電平時，雙向晶閘管低電平時，雙向晶閘管KSKS導(dǎo)通，電磁閥吸合；導(dǎo)通，電磁閥吸合；PC0PC0輸輸出高電平時，雙向晶閘管出高電平時，雙向晶閘管KSKS關(guān)斷，電磁閥釋放。關(guān)斷，電磁閥釋放。MOC3041MOC3041內(nèi)部帶有過零電路，因此，雙向晶閘管內(nèi)部帶有過零電路，因此，雙向晶閘管KSKS工工作在過零觸發(fā)方式作在過零觸發(fā)方式 4.3 電機(jī)控制接口技術(shù)電機(jī)控制接口技術(shù)n工業(yè)企業(yè)中，常用

39、電機(jī)作原動機(jī)去拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。如在機(jī)械工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)中，各種機(jī)床、電鏟、吊車、軋鋼機(jī)、抽水機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、閥門、傳送帶等。n在自動控制系統(tǒng)中，各種類型小巧靈敏的控制電機(jī)廣泛作為檢驗、放大、執(zhí)行和解算元件。 n隨著系統(tǒng)的發(fā)展，對電機(jī)拖動系統(tǒng)的要求愈來愈高。如:提高加工精度及工作速度、快速啟動、制動及逆轉(zhuǎn)、實現(xiàn)寬范圍內(nèi)的調(diào)速和整個生產(chǎn)過程自動化等。n要完成這些任務(wù)，除電機(jī)外，還必須有自動化控制設(shè)備來控制電機(jī)。4.3 電機(jī)控制接口技術(shù)電機(jī)控制接口技術(shù)n電機(jī)控制發(fā)展歷程： 交流放大器磁放大器可控離子變速器可控硅計算機(jī)n控制裝置向集成化、小型化、微型化、智能化方向發(fā)展。n微型計算機(jī)及單片機(jī)的發(fā)展

40、， 使電機(jī)控制發(fā)生了革命性的飛躍。 本節(jié)主要講述小功率直流電機(jī)控制原理。本節(jié)主要講述小功率直流電機(jī)控制原理。431 小功率直流電機(jī)調(diào)速原理小功率直流電機(jī)調(diào)速原理圖圖427 427 脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖431 小功率直流電機(jī)調(diào)速原理小功率直流電機(jī)調(diào)速原理小功率直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理： 由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成 定子上有一磁極，磁極上繞有勵磁繞組。 轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子外圓有槽，槽內(nèi)裝有電樞繞組，繞組通過換問器和電刷引出。431 小功率直流電機(jī)調(diào)速原理小功率直流電機(jī)調(diào)速原理n在勵磁式直流伺服電機(jī)中，在勵磁電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時 電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓 Ua 決定： 電樞電壓越高

41、，電機(jī)轉(zhuǎn)速就越快； 電樞電壓 Ua 降至 0V 時，電機(jī)仃轉(zhuǎn)； 改變電樞電壓的極性，電機(jī)改變轉(zhuǎn)向。n使用計算機(jī)控制小功率直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的方法: 改變電機(jī)電樞電壓接通或斷開時間的比值（即占空比）控制 馬達(dá)轉(zhuǎn)速，稱為脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation）, 簡稱 PWM。 PWMPWM調(diào)速原理如圖調(diào)速原理如圖427427所示。所示。431 小功率直流電機(jī)調(diào)速原理小功率直流電機(jī)調(diào)速原理 在通電脈沖作用下： 高電平時，馬達(dá)速度增加； 低電平時，速度逐漸減少。 改變通、斷電時間，可使馬達(dá)速度達(dá)到一定的穩(wěn)定性。 設(shè)電機(jī)永遠(yuǎn)接通電源時，轉(zhuǎn)速為Vmax， 則電機(jī)的平均速度為 VdVma

42、xD (4-1) 式中，Vd 電機(jī)的平均速度； Vmax 電機(jī)全通電時的速度（最大）； D=t1/T 占空比。 平均速度Vd與占空比D的函數(shù)曲線，如圖428所示。431 小功率直流電機(jī)調(diào)速原理小功率直流電機(jī)調(diào)速原理圖圖428 428 平均速度與占空比的關(guān)系平均速度與占空比的關(guān)系Vd Vd 與與占空比占空比 D D 不是完全不是完全線線性性關(guān)關(guān)系系近似近似線線性性關(guān)關(guān)系系432 開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖圖429 429 開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖1 1開環(huán)開環(huán)脈沖脈沖寬寬度度調(diào)調(diào)速系速系統(tǒng)統(tǒng)的的組組成成432 開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)它

43、由五部分組成。（1）占空比D的設(shè)定 人工設(shè)定 通過開關(guān)給定(8位二進(jìn)制數(shù))。 改變開關(guān)的狀態(tài)，即可改變占空比的大小。 用電位器給定 經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器接到微型機(jī)作為給定值。 由撥碼鍵盤給定 每個撥碼鍵盤給出一位 BCD 碼（4位二進(jìn)制數(shù)），若采用兩 位BCD碼數(shù)，則需并行用兩個撥碼開關(guān)。432 開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)（2）脈沖寬度發(fā)生器 根據(jù)給定平均速度，計算出占空比，用軟件方法實現(xiàn)。（3）驅(qū)動器 將計算機(jī)輸出的脈沖寬度調(diào)制信號加以放大，控制電機(jī)定 子電壓接通或斷開的時間。 由放大器/繼電器, TTL集成電路組成驅(qū)動器構(gòu)成。（4）電子開關(guān)(大功率場效應(yīng)管開關(guān)、固態(tài)繼電器或可控

44、硅) 用來接通或斷開電機(jī)電源。 一般需要加光電隔離器。（6）電機(jī) 被控對象，用以帶動被控裝置。 432 開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)2電機(jī)控制接口 直流電流控制接口元器件: 固態(tài)繼電器、大功率場效應(yīng)管、 專用接口芯片（如L290、L291、L292）及接口板 所以直流電機(jī)與微型機(jī)接口可采用以下四種方法： 光電隔離器大功率場效應(yīng)管； 固態(tài)繼電器； 專用接口芯片； 專用接口板；成本低成本低, ,適用于適用于自行開發(fā)的微自行開發(fā)的微型機(jī)系統(tǒng)型機(jī)系統(tǒng)可靠可靠, , 貴貴適用于適用于STDSTD或或PCPC總線工業(yè)總線工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)控制機(jī)系統(tǒng)432 開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)

45、圖圖430 430 采用固態(tài)繼電器的直流電機(jī)接口方法采用固態(tài)繼電器的直流電機(jī)接口方法432 開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 圖圖430430中，管腳經(jīng)限流電阻中，管腳經(jīng)限流電阻R R接接5V5V直流電流。直流電流。I/OI/O接口的控制管腳，例如接口的控制管腳，例如P1.0P1.0，經(jīng)驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器74067406接到接到固態(tài)繼電器第固態(tài)繼電器第管腳。當(dāng)管腳。當(dāng)P1.0P1.0輸出為高平電時，經(jīng)反輸出為高平電時，經(jīng)反問驅(qū)動器問驅(qū)動器74067406輸出低電平，使固態(tài)繼電器發(fā)光二極管輸出低電平，使固態(tài)繼電器發(fā)光二極管發(fā)光，并使光敏三極管導(dǎo)通，從而使直流電機(jī)繞組通發(fā)光，并使光敏三極管導(dǎo)

46、通，從而使直流電機(jī)繞組通電。反之，當(dāng)電。反之，當(dāng)P1.0P1.0輸出為低電平時，發(fā)光二極管無電輸出為低電平時，發(fā)光二極管無電流通過，不發(fā)光，光敏三極管隨之截止，因而直流電流通過，不發(fā)光，光敏三極管隨之截止，因而直流電機(jī)繞組沒有電流通過。圖中機(jī)繞組沒有電流通過。圖中D1D1為固態(tài)繼電器內(nèi)部的保為固態(tài)繼電器內(nèi)部的保護(hù)電路，護(hù)電路，D2D2為電機(jī)保護(hù)元件。使用時，應(yīng)根據(jù)直流電為電機(jī)保護(hù)元件。使用時，應(yīng)根據(jù)直流電機(jī)的工作電壓、工作電流來選定合適的固態(tài)繼電器。機(jī)的工作電壓、工作電流來選定合適的固態(tài)繼電器。 433 PWM 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計圖431 帶方向控制的直流電機(jī)控制原理圖改改變電樞電壓變電

47、樞電壓的的極極性性, ,電電機(jī)機(jī)隨隨之改之改變轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)向向正正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)433 PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計1控制接口電路 如圖4.32 中所示: 采用 8155 作為并行接口電路: 設(shè) A口 為輸出方式: PA1，PA0 經(jīng) 4 總線緩沖門74LS125和 反向驅(qū)動器 74LS06 控制4個光電隔離器和 4個大功率場效應(yīng)開關(guān)管 IRF 640 （圖中用SW1SW4表示）。 B口為輸入方式: 讀入占空比。 C口為輸入方式: 讀入 啟動/停止 和 正向/反向 狀態(tài)。圖圖4.32 4.32 雙向電機(jī)控制接口電路圖雙向電機(jī)控制接口電路圖1 1控制接口控制接口電電路路1 10 0433 PWM調(diào)速系

48、統(tǒng)設(shè)計調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(1) 單片機(jī)經(jīng) 8155 A口輸出控制模型n輸出 02H 控制模型時， 使 SW1、 SW4 導(dǎo)通； SW2、SW3 關(guān)斷。 電流從左至右流過直流電機(jī),使電機(jī)正轉(zhuǎn)。n輸出 01H 控制模型時， 使 SW2 和 SW3 接通；SW1 和 SW4 關(guān)斷， 電流由右向左流過電機(jī)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。n輸出 03H 控制模型時,剎車, 00H 的控制模型,滑行。433 PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(2)單片機(jī)從8155 B口讀入 8個開關(guān)的狀態(tài), 作為脈沖寬度給定值 N 以實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)速。(3)C口的PC0和PC1各接一個單刀雙擲開關(guān)。nPC0 位為方向控制位： 當(dāng) PC00時，電機(jī)正

49、向運(yùn)行； PC01時，電機(jī)反轉(zhuǎn)。nPC1位用來控制電機(jī)的啟動和停止： 若 PC10，電機(jī)啟動； 當(dāng) PC11，電機(jī)停止。2控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(1)對 8155 初始化: 設(shè)其 A口 為輸出方式，B口、C口為輸入方式。(2)讀入方向控制標(biāo)志: 給定值 N n啟動判斷:決定是否啟動電機(jī)。 如不需要啟動，則繼續(xù)檢查；n需要啟動，進(jìn)一步判斷設(shè)置的電機(jī)轉(zhuǎn)動方向。(3)讀入占空比 D 的給定值。 (4)按照要求輸出正向（或反向）控制代碼， 查對及判斷脈沖寬度（單位脈沖個數(shù)）是否達(dá)到給定值: 如未達(dá)到要求，則繼續(xù)輸出控制代碼； 達(dá)到給定值，便輸出剎車（或滑行）代碼。(5) 重復(fù)上述過程，即可達(dá)到給定的電機(jī)旋轉(zhuǎn)

50、速度。 圖圖433 433 雙向電機(jī)控制程序流程圖雙向電機(jī)控制程序流程圖 ORG8000HSTART： MOVDPTR，#0FD00H；指向 8155 控制口 MOVA， #01H ；設(shè)A口為輸出，B口、C口為輸入 MOVXDPTR，ALOOP： MOVDPTR， #0FD02H ；從B口，讀入并存儲給定值 N MOVXA， DPTR MOV20H， A CPLA ；計算并存儲 /N INCA MOV21H， A MOVDPTR， #0FD03H ；指向8155 C口，讀入狀態(tài)標(biāo)志 MOVXA， DPTR JB ACC.0，INVERT ；判旋轉(zhuǎn)方向。反向，轉(zhuǎn)INVERT MOVA， #02H

51、 ；取正向代碼OUTPUT：MOVDPTR，#0FD01H ；指向8155 A口，輸出控制代碼 MOVXDPTR，A MOV22H， 20H ；延時t1JB ACC.1, LOOPJB ACC.1, LOOPDELAY1：ACALL DELAY0 DJNZ 22H， DELAY1 MOV A， #00H ；輸出滑行代碼 MOVX DPTR，A MOV 23H， 21H ；延時t2DELAY2：ACALL DELAY0 DJNZ 23H， DELAY12 AJMP LOOPSTOP： MOV A， 03H ；輸出剎車代碼 MOV DPTR，#0FD01H ；指向8155 A口，輸出剎車代碼 MO

52、VX DPTR， A AJMP LOOPINVERT：MOV A，01H ；輸出反向代碼 AJMP OUTPUTDELAY0:（略） ；軟件延時程序 4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) n為了提高電機(jī)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)的精度， 通常采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。n在開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加電機(jī)速度檢測回路即構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，意在將檢測到的速度與給定值進(jìn)行比較，并由數(shù)字調(diào)節(jié)器（PID調(diào)節(jié)器或直接數(shù)字控制）進(jìn)行調(diào)節(jié)。n原理框圖，如圖4.34所示。4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖圖4.34 4.34 采用微型計算機(jī)的電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理采用微型計算機(jī)的電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)

53、的工作原理 4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法:n模擬量速度測量傳感器逐漸向數(shù)字式傳感器發(fā)展。n常用的轉(zhuǎn)速傳感器: 測速發(fā)電機(jī) 光電碼盤 電磁式碼盤 光柵 霍爾元件 等。4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)1測速發(fā)電機(jī)(1)將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。(2)根據(jù)結(jié)構(gòu)及工作原理不同測速發(fā)電機(jī)分: 直流測速發(fā)電機(jī)、交流測速發(fā)電機(jī)兩種。(3)交流測速發(fā)電機(jī)分為 同步測速發(fā)電機(jī)、異步測速發(fā)電機(jī)兩種形式。(4)同步測速發(fā)電機(jī)有永磁式、感應(yīng)式和脈沖式； 異步測速發(fā)電機(jī)按其結(jié)構(gòu)可分為鼠籠式和杯形轉(zhuǎn)子兩種。 由于杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)精度高，所以應(yīng)用最廣。杯

54、形轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機(jī)的原理，如圖4.35所示。圖圖4.35 4.35 杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)原理圖杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)原理圖激磁繞組激磁繞組右手定右手定則則：確定確定導(dǎo)導(dǎo)體在磁體在磁場場中中運(yùn)動時導(dǎo)運(yùn)動時導(dǎo)體中感生體中感生電電流流方向的定方向的定則則 。4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 測速發(fā)電機(jī) 輸出電壓的幅值與轉(zhuǎn)子的速度成正比輸出電壓的幅值與轉(zhuǎn)子的速度成正比, , 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反時，輸出電壓的相位也相反。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反時，輸出電壓的相位也相反。 交流異步測速發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線，如圖交流異步測速發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線，如圖4.364.36所示。所示。4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速

55、系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4.36 交流異步測速發(fā)電機(jī)的輸出特性理想的空載輸出特性曲線理想的空載輸出特性曲線實際輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系實際輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系在負(fù)載阻抗為在負(fù)載阻抗為Z1Z1時時, ,使其實際輸出降低使其實際輸出降低4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)n直流測速發(fā)電機(jī)也是一種測速傳感器。n根據(jù)激磁方式不同，可分電磁式、永磁式兩種。n按電樞結(jié)構(gòu)不同又可分為： 普通有槽電樞、無槽電樞、 空心電樞和圓盤電樞等。n常用的為永磁式測速發(fā)電機(jī)。這些測速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)雖然不同，但原理基本一樣。4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖圖4.37 4.37 所示為采用測

56、速發(fā)電機(jī)脈沖寬度調(diào)速系所示為采用測速發(fā)電機(jī)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。該圖與圖統(tǒng)的原理圖。該圖與圖4.344.34所示的主要區(qū)別是，電所示的主要區(qū)別是，電機(jī)的速度不采用數(shù)字式的光電碼盤，而是采用模擬機(jī)的速度不采用數(shù)字式的光電碼盤，而是采用模擬量速度傳感器量速度傳感器測速發(fā)電機(jī)進(jìn)行測量。因此系統(tǒng)增測速發(fā)電機(jī)進(jìn)行測量。因此系統(tǒng)增加一個加一個A/DA/D轉(zhuǎn)換器接口，用來將測速發(fā)電機(jī)的模擬轉(zhuǎn)換器接口，用來將測速發(fā)電機(jī)的模擬輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便與數(shù)字式速度給定值輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便與數(shù)字式速度給定值加以比較。采用測速發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是分辨率比較高，加以比較。采用測速發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是分辨率比較高，且價

57、格比較便宜。且價格比較便宜。4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖圖4.37 4.37 直流脈寬可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖直流脈寬可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖V VD DD DV VCW3624CW36244.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)2數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器(1)數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器 直接把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變成數(shù)字量的一種裝置。 計算機(jī)控制系統(tǒng)最常用的數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器是碼盤。(2)碼盤為按一定規(guī)律分布著透明狹縫的圓盤， 碼盤可做成增量式或絕對式。(目前應(yīng)用最多)。(3)測量轉(zhuǎn)速的碼盤大部分采用光電式， 由兩種碼盤構(gòu)成的數(shù)字轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)， 如圖4.38所示。4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)

58、速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4.38 透明式光電碼盤的結(jié)構(gòu)4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)如圖4.38 中（a）增量式碼盤結(jié)構(gòu) 由光源、透鏡、測量盤、讀數(shù)盤及光敏元件組成。 光源發(fā)射出的光線 透鏡聚焦 透過測量盤與讀數(shù)盤光敏元件. 有光線透過時，光敏元件才發(fā)出一個脈沖，沒有光線透過則不產(chǎn)生脈沖。 (送到數(shù)字式速度計，或送入計算機(jī)計量) 根據(jù)下面的公式求出轉(zhuǎn)速。 （4-2） 式中， r 轉(zhuǎn)速（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）； N C 在 t1 時間內(nèi)測得的脈沖數(shù)； n 碼盤上的縫隙數(shù)； t1 測速時間。min)/(601rtnNrC4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)式（式（4

59、-24-2）中，當(dāng)系統(tǒng)確定后，）中，當(dāng)系統(tǒng)確定后，n n 即為已知。所即為已知。所以只要測出以只要測出t1t1時間內(nèi)的脈沖數(shù)時間內(nèi)的脈沖數(shù)N NC C，便可計算機(jī)出電，便可計算機(jī)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用增量式碼盤的微型計算機(jī)系統(tǒng)，通常定時采用增量式碼盤的微型計算機(jī)系統(tǒng)，通常定時時間及計數(shù)工作均由定時器時間及計數(shù)工作均由定時器/ /計數(shù)器來完成。定時計數(shù)器來完成。定時器器/ /計數(shù)器每隔計數(shù)器每隔t t1 1 時間向處理器申請一次中斷，時間向處理器申請一次中斷，CPUCPU在中斷服務(wù)程序中讀取脈沖的計數(shù)值在中斷服務(wù)程序中讀取脈沖的計數(shù)值N NC C，再按，再按式（式（4-24-2）計算出轉(zhuǎn)速

60、）計算出轉(zhuǎn)速r r。當(dāng)然，也可以采用軟件的。當(dāng)然，也可以采用軟件的方法記錄方法記錄t t1 1 時間內(nèi)的脈沖個數(shù)。時間內(nèi)的脈沖個數(shù)。4.3.4 閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)(b)絕對式光電碼盤上分透明和不透明兩種區(qū)域，按一定方式進(jìn)行編碼。碼盤上黑色部分表示遮光部分，白色則表示透明部分，用狹窄的光束來代替電刷。當(dāng)碼盤隨軸轉(zhuǎn)動時，將輸出相應(yīng)的光束（光束的數(shù)量與碼盤的位數(shù)相同），然后通過光敏元件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的代碼。只要把碼盤中的每一位輸出均通過I/O接口（如8255），即可與微型計算機(jī)相連。每隔一定的時間，采樣一次碼盤的輸出數(shù)值。 4.3.5 交流電機(jī)控制接口技術(shù)n在微型計算機(jī)控制系統(tǒng)中，