單片機項目實踐教程劉燎原-項目八電機模塊.ppt

1、微控制器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用,江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,劉燎原,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,直流電機,步進電機,PROTEUS仿真,PROTEUS仿真,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,情境六 電機 項目一 步進電機（1） -學(xué)習(xí)步進電機,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,在工業(yè)控制系統(tǒng)中，通常要控制機械部件的平移和轉(zhuǎn)動，這些機械部件的驅(qū)動大部分都采用交流電機、直流電機、步進電機。在這三種電機中，步進電機最適合數(shù)字控制，因此在數(shù)控機床、家用電器、精密儀器中得到廣泛應(yīng)用。,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,一、概述 一般電機（直流電機）都是連續(xù)運轉(zhuǎn)的，而步進電機卻是一步一步地轉(zhuǎn)動，故稱之為步進電機。 每當(dāng)步進電機的驅(qū)動器接收到一個驅(qū)動脈沖后，步進

2、電機將會按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。 所以說步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。 可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的； 可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)調(diào)速的目的。 因此在需要準(zhǔn)確定位或調(diào)速控制時均可考慮使用步進電機。 步進電機的這些特性非常適合單片機控制，控制信號由單片機產(chǎn)生，步進電機則根據(jù)控制信號來動作。,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,二、步進電機的工作原理,步進電動機構(gòu)造：由轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子鐵芯、永磁體、轉(zhuǎn)軸、滾珠 軸承），定子（繞組、定子鐵芯），前后端蓋等組成。,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,步進電機按相數(shù)（線圈個數(shù)）分為單相、雙相、多相，以3

3、相為例。 定子的通電方式 稱為勵磁方式。 1. 1相勵磁方式 A相通電； B相通電； C相通電； 當(dāng)脈沖一個一個發(fā)來時，如果按A-B-C-A.的順序通電，則電機轉(zhuǎn)子便按逆時針轉(zhuǎn)動，這種通電方式成為1相勵磁方式。 如果按A-C-BA.的順序通電，則電機轉(zhuǎn)子便按逆時針轉(zhuǎn)動 2. 2相勵磁方式 順時針輪回 ABBCCAAB 逆時針輪回 BAACCBBA,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,3. 1-2相勵磁方式 當(dāng)脈沖一個一個發(fā)來時，如果按A-A、B-B- B、C-C- C、A-.的順序通電，則電機轉(zhuǎn)子便按順時針轉(zhuǎn)動，這種通電方式成為1-2相勵磁方式。 順時針輪回 AABBBCCCAA 逆時針輪回 AACCCBB

4、BAA,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,三. 步進電動機主要參數(shù) 1.步進電機的相數(shù)：是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有兩相、三相、五相步進電機。 2.拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)，用m表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)。 3.步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移。 4.電壓：5VDC,12VDC 5.減速比：減速電機。內(nèi)部轉(zhuǎn)子/外部轉(zhuǎn)軸 例如減速比為1/64，是指內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)64圈，外部轉(zhuǎn)1圈。 例如上圖為28BYJ48型5線四相八拍步進電機,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,5線四相八拍，相序表如下： P1.3210 拍數(shù) DCBA（脈沖） 對應(yīng)值 1 0001 01 2 0011 03

5、 3 0010 02 4 0110 06 5 0100 04 6 1100 C0 7 1000 80 8 1001 90 5線：5根線，1根（紅色）為電源線，其他4根分別為A.B.C.D，和單片機的I/O口相連 每給一個脈沖，電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一個角度（步距角5.625），當(dāng)給8個脈沖，電機內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一齒距（8*5.625=45）。 如果內(nèi)部轉(zhuǎn)子要轉(zhuǎn)一圈，需要轉(zhuǎn)360/45=8個齒距。,正 轉(zhuǎn),反 轉(zhuǎn),徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,unsigned char code zz=0 x01,0 x03,0 x02,0 x06,0 x04,0 xc0,0 x80,0 x90; unsigned char co

6、de fz=0 x90,0 x80,0 xc0,0 x04,0 x06,0 x02,0 x03,0 x01; . for(i=0;i8;i+) for(j=0;j8;j+) P1=zzj;delay(); ,內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1圈,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四、步進電機的驅(qū)動 步進驅(qū)動器：是一種能使步進電機運轉(zhuǎn)的功率放大器，能把控制器 發(fā)來的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，電機的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率 成正比，所以控制脈沖頻率可以精確調(diào)速，控制脈沖數(shù)就可以精確 定位。,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,ULN2003：反相驅(qū)動芯片，高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高（大于1000）、工作電壓高（大于50V）

7、、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強（輸出電流大于500mA）等特點,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。主要用于如下領(lǐng)域：伺服電機;步進電機;電磁閥;可控照明燈。,二極管起斷電后放電保護作用,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,例：通過按鍵，控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止,微控制器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,劉燎原,復(fù)習(xí),1.電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移 2.幾個名詞 相數(shù) 拍數(shù) 勵磁方式 步距角 3.驅(qū)動：ULN2003 4.正反轉(zhuǎn)：送脈沖的順序 角度：送脈沖個數(shù) 速度：送脈沖的頻率,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,8.2 直流電機,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,一、簡介 在直流電機的兩電刷端加上直流電壓，將電能

8、輸入電樞，機械能就從電機軸上輸出，拖動生產(chǎn)機械，將電能轉(zhuǎn)換成機械能而成為電動機。 直流電機主要由定子（主磁極、換向極、機座、電刷裝置）、轉(zhuǎn)子（電樞鐵心、電樞繞組、換向器、）兩部分組成。定子的作用是產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子在定子磁場作用下得到轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)起來。 直流電機的轉(zhuǎn)速由電樞（即轉(zhuǎn)子線圈）電壓決定。電樞電壓越高，電動機轉(zhuǎn)速就越快；電樞電壓為0V時，直流電機就停轉(zhuǎn)。 改變電樞電壓的極性，電機就反轉(zhuǎn)。 因此改變電樞電壓的大小和極性可以改變直流電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。,二、直流電機調(diào)速,直流電機的轉(zhuǎn)速由電樞（即轉(zhuǎn)子線圈）電壓決定，通過調(diào)整電樞電壓來實現(xiàn)調(diào)速的。 直流電壓，5V，如何改變？ 改變平均電壓值。 讓電壓

9、一段時間5V，一段時間0V，得到不同的平均電壓。 1.PWM波 PWM，Pulse Width Modulation的縮寫，是指脈沖寬度調(diào)制。如何產(chǎn)生脈沖寬度可調(diào)的波形呢？ 按一個固定的頻率來接通和斷開電源，把直流電壓變成電壓脈沖序列，根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，實現(xiàn)控制電壓脈沖寬度。,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2.直流電機的PWM調(diào)速 把PWM信號加到直流電機上 通過改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間來改變PWM脈寬，改變直流電機電樞上電壓的“占空比”，從而達(dá)到改變平均電壓大小的目的，最終控制了電動機的轉(zhuǎn)速。 只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得到控制。

10、 設(shè)占空比為D，設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為Vmax, ，則電機的平均速度為 Va=Vmax*D 式中D=t1T占空比，t1為接通時間，T為一個周期。 當(dāng)我們改變占空比D=t1T時，就可以得到不同的電機平均速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,三、直流電機驅(qū)動,直流電機的驅(qū)動主要完成直流電機的方向控制以及I/O端口的驅(qū)動，直流電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向可由直流電機上所加電壓的極性來控制。 1.H橋控制電路 可應(yīng)用于步進電機、交流電機及直流電機等的驅(qū)動。 它的形狀酷似字母H 要使電機運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，

11、從而控制電機的轉(zhuǎn)向.,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng) Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。 另一對三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2. L298驅(qū)動芯片 L298是雙H橋高電壓大電流功率集成電路，可用來驅(qū)動繼電器、線圈、直流電動機步

12、進電動機等電感性負(fù)載。它的驅(qū)動電壓可達(dá)46V，直流電流總和可達(dá)4A，其內(nèi)部具有2個完全相同的PWM功率放大回路。 管腳： OUT1、OUT2、OUT3、OUT4引腳是L298的輸出端，這4個引腳之間可以接2個直流電機.,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,IN1、IN2、IN3、IN4引腳通過置高電平和低電平組合實現(xiàn)兩個電機的正反轉(zhuǎn). ENA、ENB為使能端，高電平有效，分別為 IN1和IN2、IN3和IN4的使能端，該端口一般和單片機軟件產(chǎn)生的PWM波輸出端相連，實現(xiàn)電機的調(diào)速。 VSS為芯片電源，VS為電機電源 SENA、SENB是電流取樣電阻,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,項目要求：設(shè)計

13、一個小車的控制器，可以實現(xiàn)小車的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)功能。,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,幾個說明問題：,1.獨立按鍵程序 并列結(jié)構(gòu) 2.PWM波如何產(chǎn)生？方波？ (1)利用定時器來產(chǎn)生？ 根據(jù)PWM波的周期及占空比變化快慢來確定定時器定一次的時間。 假定PWM信號的周期T=1ms,f=1khz。要求每按一次按鍵，占空比以10%比例遞增減。那么把整個周期10等份，1等分為100us。所以利用定時器的定時時間設(shè)定為100us，對此定時時間進行統(tǒng)計個數(shù)，計滿10個，即1個周期。 TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; 利用i存放100us個數(shù)，i+ (2). 通過修改高電平的值修改占空比 以100us為基本單位，假設(shè)設(shè)定高電平的初始值位為2個單位（持續(xù)時間200us），則