現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)技術(shù)1a

1、1 1現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)技術(shù)現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)技術(shù)21、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)陳伯時(shí)，機(jī)械工業(yè)出版社，20062、 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)習(xí)題例題集，童福堯，機(jī)械工業(yè) 出版社，20003、機(jī)電傳動(dòng)控制學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與題解鄧星鐘，華中科技大學(xué) 出版社，20014、現(xiàn)代電力傳動(dòng)與控制邱阿瑞，電力工業(yè)出版社，2007參考書目參考書目3電磁驅(qū)動(dòng)概論電磁驅(qū)動(dòng)概論 1.1.涉及學(xué)科涉及學(xué)科 電機(jī)及電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)、控制工程基礎(chǔ)、傳感與測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等。 2.2.核心知識(shí)核心知識(shí) 電機(jī)（電磁結(jié)構(gòu)、模型、工作原理），調(diào)速與控制技術(shù)。43 3、電機(jī)的定義、分類、電機(jī)的定義、分類 定義：根據(jù)電信號(hào)的指令，將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直定義：

2、根據(jù)電信號(hào)的指令，將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)等方式機(jī)械能的裝置或元件。線運(yùn)動(dòng)等方式機(jī)械能的裝置或元件。分類：分類：直流電機(jī)直流電機(jī)（Direct Current Motor）交流電機(jī)交流電機(jī)（Alternating Current Motor）步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)（Step Motor）直線電機(jī)直線電機(jī)（Linear Motor）特種電機(jī)特種電機(jī)（Special Motor）54 4、電磁驅(qū)動(dòng)原理、電磁驅(qū)動(dòng)原理1 1）. .直流電機(jī)直流電機(jī) 建立工作磁場(chǎng)（磁鋼、勵(lì)磁線圈）建立工作磁場(chǎng)（磁鋼、勵(lì)磁線圈） 電機(jī)饋電（轉(zhuǎn)子線圈有電流）電機(jī)饋電（轉(zhuǎn)子線圈有電流） 左手定則（產(chǎn)生電磁力）左手定則（產(chǎn)生

3、電磁力）F=BLiF=BLi2 2）. .交流電機(jī)交流電機(jī) 建立交變磁場(chǎng)（定子線圈通交流電）建立交變磁場(chǎng)（定子線圈通交流電） 右手定則（轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，繼而右手定則（轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，繼而 有感應(yīng)電流）有感應(yīng)電流）左手定則（產(chǎn)生電磁力）左手定則（產(chǎn)生電磁力）F=BLiF=BLi6 基本概念基本概念 機(jī)電驅(qū)動(dòng)技術(shù)：從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)機(jī)電驅(qū)動(dòng)技術(shù)：從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上有機(jī)地加以技術(shù)等在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上有機(jī)地加以綜合，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)最佳化的一門新綜合，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)最佳化的一門新科學(xué)技術(shù)?？茖W(xué)

4、技術(shù)。 不是機(jī)械與電子簡(jiǎn)單的疊加，而是在信不是機(jī)械與電子簡(jiǎn)單的疊加，而是在信息論、控制論和系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上建立起息論、控制論和系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上建立起來的應(yīng)用技術(shù)來的應(yīng)用技術(shù)7圖圖1-1 1-1 數(shù)控銑床數(shù)控銑床8圖圖1-2 1-2 數(shù)控車床數(shù)控車床9圖圖1-3 1-3 焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人10系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成圖圖1-4 1-4 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)組成數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)組成11圖圖1-5 1-5 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖121).1).機(jī)械本體機(jī)械本體 機(jī)身、框架、機(jī)械連接等產(chǎn)品支持機(jī)構(gòu)，實(shí)機(jī)身、框架、機(jī)械連接等產(chǎn)品支持機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)造功能。現(xiàn)構(gòu)造功能。 要求：可靠、小型、美觀要求：可靠、

5、小型、美觀2).2).能源能源 提供能量，轉(zhuǎn)換成需要的形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力功提供能量，轉(zhuǎn)換成需要的形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力功能。能。 要求：效率高、可靠性好要求：效率高、可靠性好13系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成3).3).檢測(cè)傳感裝置檢測(cè)傳感裝置 檢測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能。檢測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能。 要求：體積小、精度高、抗干擾要求：體積小、精度高、抗干擾4).4).電子控制單元電子控制單元 處理、運(yùn)算、決策，實(shí)現(xiàn)控制功能。處理、運(yùn)算、決策，實(shí)現(xiàn)控制功能。 要求：高可靠性、柔性、智能化要求：高可靠性、柔性、智能化145).5).執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括機(jī)械傳動(dòng)與操作機(jī)構(gòu)，接收控制信息，完成要

6、求的包括機(jī)械傳動(dòng)與操作機(jī)構(gòu)，接收控制信息，完成要求的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)主功能。動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)主功能。圖圖1-6 1-6 系統(tǒng)組成要素系統(tǒng)組成要素15第一章第一章 直流驅(qū)動(dòng)技術(shù)直流驅(qū)動(dòng)技術(shù) 本章兩大主要內(nèi)容：本章兩大主要內(nèi)容： 直流電機(jī)：直流電機(jī)：模型模型- -特性公式、動(dòng)特性公式、動(dòng)/ /靜態(tài)特性、靜態(tài)特性、調(diào)速方式調(diào)速方式 直流調(diào)速技術(shù)：直流調(diào)速技術(shù)：?jiǎn)伍]環(huán)（有靜差單閉環(huán)（有靜差/ /無靜差、無靜差、雙閉環(huán)、雙閉環(huán)、PWMPWM技術(shù)）技術(shù)）16一一. .應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合：直流伺服系統(tǒng)（直流伺服系統(tǒng)（Servo System） Servo-輸出應(yīng)連續(xù)、平穩(wěn)的跟隨著輸入的變化規(guī)律。輸出應(yīng)連續(xù)、平穩(wěn)的跟隨著

7、輸入的變化規(guī)律。二二. .核心知識(shí)核心知識(shí)：直流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)方式直流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)方式三三. .直流伺服電機(jī)的基本要求直流伺服電機(jī)的基本要求 區(qū)別于一般的直流電機(jī)：區(qū)別于一般的直流電機(jī)： 調(diào)速范圍（調(diào)速范圍（nmax/nmin）廣而平滑）廣而平滑適用于輸適用于輸入量的變化；入量的變化；17 機(jī)械特性硬機(jī)械特性硬輸出輸出/輸入的靜態(tài)特性好輸入的靜態(tài)特性好Tn；調(diào)節(jié)特性好調(diào)節(jié)特性好控制效果佳控制效果佳Uan； 快速響應(yīng)特性快速響應(yīng)特性暫態(tài)（過渡）過程短，時(shí)間暫態(tài)（過渡）過程短，時(shí)間常數(shù)常數(shù)T 空載驅(qū)動(dòng)電壓小空載驅(qū)動(dòng)電壓小對(duì)驅(qū)動(dòng)電路要求降低；對(duì)驅(qū)動(dòng)電路要求降低； 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小M=j，j，能

8、快速啟能快速啟/停。停。18四四. .直流伺服電機(jī)特點(diǎn)直流伺服電機(jī)特點(diǎn) 體積小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；體積小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大； 易控制（電樞控制），調(diào)速范圍寬，機(jī)械特性易控制（電樞控制），調(diào)速范圍寬，機(jī)械特性和線性較好；和線性較好； 有電刷和換向器，難維護(hù)（嬌氣、火花危險(xiǎn)）。有電刷和換向器，難維護(hù)（嬌氣、火花危險(xiǎn)）。191.1、直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理、直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理四大件結(jié)構(gòu)：四大件結(jié)構(gòu)：定子定子(磁極磁極)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子(電樞電樞)電刷電刷換向器換向器20圖圖1-7 1-7 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)21定子勵(lì)磁：定子勵(lì)磁：永磁材料永磁材料- -永磁式永磁式DCDC電機(jī)電機(jī) 電磁繞組電磁繞組- -電磁

9、式電磁式DCDC電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子：（硅鋼片（硅鋼片+ +繞組）通過電刷和換向器與繞組）通過電刷和換向器與外接電源形成回路（電樞回路）外接電源形成回路（電樞回路）線圈有電流線圈有電流通過通過電磁力電磁力:則則F=BLiF=BLi- -電磁力使電子轉(zhuǎn)動(dòng)電磁力使電子轉(zhuǎn)動(dòng)控制電樞繞組中電流大小和方向，可調(diào)速控制電樞繞組中電流大小和方向，可調(diào)速和換向和換向221.2、靜態(tài)特性、靜態(tài)特性定義：穩(wěn)態(tài)條件下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速定義：穩(wěn)態(tài)條件下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n n、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩T T、電樞電壓、電樞電壓UaUa三者之間的關(guān)系。三者之間的關(guān)系。關(guān)系：關(guān)系：直流電機(jī)原理圖見直流電機(jī)原理圖見nCEea電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) ：nCTTe

10、電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩圖圖1-823fUfIaRaIU圖2-9 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)aEn24eeTaeaeaeTCCRCUICRCUn2aIaI,1.3、電機(jī)調(diào)速模型：、電機(jī)調(diào)速模型：可見電機(jī)轉(zhuǎn)速可見電機(jī)轉(zhuǎn)速nUa,通常采用電樞控制通常采用電樞控制( (即即 為常值為常值，nUa， )eeTaaeaTCCRnICRnn200與與有關(guān)有關(guān)25隨著負(fù)載隨著負(fù)載 ，Te 則則n 。(Ua為常量，控制電壓恒定，僅看為常量，控制電壓恒定，僅看電機(jī)本身的機(jī)械固有特性電機(jī)本身的機(jī)械固有特性)相同電樞電壓下，電機(jī)轉(zhuǎn)速相同電樞電壓下，電機(jī)轉(zhuǎn)速n 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩Te電樞電樞Ua作為控制變量作為控制變量 電機(jī)調(diào)節(jié)特性公式電機(jī)調(diào)節(jié)特性公

11、式ekTnn02eTaCCRkTe為常量為常量(恒定負(fù)載恒定負(fù)載)電壓不同時(shí)的人為機(jī)電壓不同時(shí)的人為機(jī)械特性械特性21NUUU26 負(fù)載恒定時(shí)，負(fù)載恒定時(shí)，Te恒定則恒定則Uan呈線性關(guān)系；負(fù)載波動(dòng)呈線性關(guān)系；負(fù)載波動(dòng)時(shí)，為了恒定轉(zhuǎn)速，需調(diào)節(jié)電樞電壓，此時(shí)呈非線性關(guān)系。時(shí)，為了恒定轉(zhuǎn)速，需調(diào)節(jié)電樞電壓，此時(shí)呈非線性關(guān)系。1.4 1.4 直流伺服電機(jī)的控制直流伺服電機(jī)的控制調(diào)速和換向調(diào)速和換向1、調(diào)速、調(diào)速 電樞電壓控制電樞電壓控制(轉(zhuǎn)子控制轉(zhuǎn)子控制)恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩 適用于額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速。適用于額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速。電樞電壓變化電樞電壓變化 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n變化變化勵(lì)磁磁場(chǎng)控制勵(lì)磁磁場(chǎng)控制(定子控制，弱磁

12、調(diào)速定子控制，弱磁調(diào)速)恒功率恒功率適用于額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速。適用于額定轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速。通過改變勵(lì)磁電流通過改變勵(lì)磁電流改變定子磁場(chǎng)改變定子磁場(chǎng)27通常在額定條件下減弱磁場(chǎng)，則通常在額定條件下減弱磁場(chǎng)，則n ，T ，輸出功率，輸出功率不變不變恒功率調(diào)速方式恒功率調(diào)速方式2、換向、換向電樞電壓改變方向電樞電壓改變方向電樞繞組接線端對(duì)調(diào)電樞繞組接線端對(duì)調(diào) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子改變磁場(chǎng)方向改變磁場(chǎng)方向勵(lì)磁繞組接線端對(duì)調(diào)勵(lì)磁繞組接線端對(duì)調(diào) 定子定子281.5 1.5 直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)啟直流調(diào)速系統(tǒng)啟/停良好、寬調(diào)速，是現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。停良好、寬調(diào)速，是現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。1.5.1

13、 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(有靜差有靜差)1) 開環(huán)調(diào)速原理開環(huán)調(diào)速原理直流伺服電機(jī)的調(diào)速特性方程直流伺服電機(jī)的調(diào)速特性方程nnICRCUUCEnoaeaeaeaaaaRIU ,分別是電樞電壓、電流和總電阻分別是電樞電壓、電流和總電阻U晶閘管正向壓降晶閘管正向壓降29調(diào)速的控制變量調(diào)速的控制變量Ua調(diào)速特性最好(調(diào)壓調(diào)速)Ra小功率直流電機(jī)小功率直流電機(jī) 功率晶體管驅(qū)動(dòng)功率晶體管驅(qū)動(dòng) 較大功率直流電機(jī)較大功率直流電機(jī)晶閘管驅(qū)動(dòng)晶閘管驅(qū)動(dòng)MOSFET管驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)可見：可見：?jiǎn)伍]環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)只有速度環(huán)只有速度環(huán)301.5.2 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(無靜差無靜差)單閉

14、環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 比例調(diào)節(jié)器比例調(diào)節(jié)器單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)比例積分調(diào)節(jié)器比例積分調(diào)節(jié)器區(qū)別：區(qū)別：1、積分控制的規(guī)律、積分控制的規(guī)律實(shí)現(xiàn)偏差積累效應(yīng)，注重全部時(shí)間歷程，存在滯后，實(shí)現(xiàn)偏差積累效應(yīng)，注重全部時(shí)間歷程，存在滯后，動(dòng)態(tài)相應(yīng)較差。動(dòng)態(tài)相應(yīng)較差。比例控制：只注重偏差瞬時(shí)值，但響應(yīng)快速。比例控制：只注重偏差瞬時(shí)值，但響應(yīng)快速。312、比例、比例-積分積分(PI)控制方式控制方式PI調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出P調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器I調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器迭加而成迭加而成u I C uO iRiCA1 1 比例積分調(diào)節(jié)器比例積分調(diào)節(jié)器32輸入變化劇烈時(shí)，電容短路輸入變化劇烈時(shí)，

15、電容短路 P調(diào)節(jié)方式，匹配于動(dòng)態(tài)響調(diào)節(jié)方式，匹配于動(dòng)態(tài)響應(yīng)場(chǎng)合；應(yīng)場(chǎng)合； 輸入變化漸進(jìn)時(shí)，電容充電，電阻輸入變化漸進(jìn)時(shí)，電容充電，電阻R1不起作用不起作用 I調(diào)節(jié)方調(diào)節(jié)方式，匹配于時(shí)間歷程的偏差積累，最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)且消除靜差。式，匹配于時(shí)間歷程的偏差積累，最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)且消除靜差。 1.5.3 脈寬調(diào)速系統(tǒng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)全波不可控整流全波不可控整流+PWM斬波斬波 調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速PWM方式方式(中小功率中小功率)全波不可控整流全波不可控整流BJT（雙極型晶體管）（雙極型晶體管）IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）（絕緣柵雙極型晶體管）GTO（可關(guān)斷晶體管）（可關(guān)斷晶體管）331、四種、四種PWM

16、控制方式控制方式等脈寬等脈寬PWM改變脈沖周期改變脈沖周期 變頻變頻改變脈沖占空比改變脈沖占空比 調(diào)壓調(diào)壓缺點(diǎn)：含有大量諧波缺點(diǎn)：含有大量諧波SPWM調(diào)制波調(diào)制波正弦波正弦波載波載波三角波三角波相交成相交成SPWM波波優(yōu)點(diǎn)：低次諧波優(yōu)點(diǎn)：低次諧波大為減少大為減少34PWM控制技術(shù)：控制技術(shù)：直流電壓直流電壓 方波脈沖方波脈沖半導(dǎo)體開關(guān)半導(dǎo)體開關(guān)通通/斷斷控制脈沖寬度控制脈沖寬度 變壓變壓控制脈沖周期控制脈沖周期 變頻變頻2、直流電機(jī)的、直流電機(jī)的PWM控制控制電樞電樞控制原理：控制原理：eaaeaCRIUCEn電樞回路中串接一個(gè)電阻電樞回路中串接一個(gè)電阻R，則，則)(RRIUEaaa35直流電

17、壓源：變阻調(diào)壓調(diào)速直流電壓源：變阻調(diào)壓調(diào)速 傳統(tǒng)方法，效率低傳統(tǒng)方法，效率低交流電壓源交流電壓源晶閘管整流晶閘管整流 相控調(diào)壓相控調(diào)壓 損耗小，效率高損耗小，效率高硅整流器硅整流器 直流電壓源直流電壓源PWM斬波調(diào)壓，斬波調(diào)壓，損耗小，效率高，損耗小，效率高，響應(yīng)快。響應(yīng)快。(蓄電池蓄電池)36PWM斬波器斬波器直流調(diào)速直流調(diào)速PWM的關(guān)鍵的關(guān)鍵設(shè)設(shè)VT通時(shí)間通時(shí)間T1,斷的時(shí)間為斷的時(shí)間為T2，則電樞電壓，則電樞電壓Ua均值為均值為dd121d1aU/TUT)T/(TUTU所以改變占空比所以改變占空比 調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速占空比就是高電平持續(xù)時(shí)間與周期的比值占空比就是高電平持續(xù)時(shí)間與周期的比值3

18、7a、定寬調(diào)頻法：、定寬調(diào)頻法：T1不變，不變，T2(0, )b、調(diào)寬調(diào)頻法：、調(diào)寬調(diào)頻法：T2不變，不變，T1(0, )c、定頻調(diào)寬法：、定頻調(diào)寬法：T=T1+ T2不變，不變，T1(0, T)注意：上述三種方法注意：上述三種方法10Ua為為“+”電機(jī)單向調(diào)速電機(jī)單向調(diào)速(不可逆調(diào)速不可逆調(diào)速)所以電機(jī)雙向調(diào)速所以電機(jī)雙向調(diào)速(可逆調(diào)速可逆調(diào)速)橋式橋式(H)PWM斬波器斬波器均值均值)U,U(U10,1)U(2UTTTTUddadd2121a383940二、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路二、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路1、電機(jī)單向調(diào)速、電機(jī)單向調(diào)速(PWM控制控制) 改變加到直流電機(jī)電樞兩端的直流驅(qū)動(dòng)電壓，即可改變

19、電機(jī)改變加到直流電機(jī)電樞兩端的直流驅(qū)動(dòng)電壓，即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速：改變?cè)擈?qū)動(dòng)電壓的極性，即可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。的轉(zhuǎn)速：改變?cè)擈?qū)動(dòng)電壓的極性，即可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。 使用使用PWM(脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制)方法，可以方便地改變加在電機(jī)電樞的方法，可以方便地改變加在電機(jī)電樞的平均電壓的大小?；驹砣缦拢浩骄妷旱拇笮??；驹砣缦拢篜WM控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速41平均電壓為：平均電壓為：可見改變占空比就可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速?？梢姼淖冋伎毡染涂筛淖冸姍C(jī)的轉(zhuǎn)速。10,UUTTUdccM2、電機(jī)雙向調(diào)速、電機(jī)雙向調(diào)速(PWM控制控制) 改變加到直流電機(jī)電樞兩端的直流驅(qū)動(dòng)電壓的極性，即改變加到直流

20、電機(jī)電樞兩端的直流驅(qū)動(dòng)電壓的極性，即可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。可改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。方案方案1：使用直流繼電器改變電壓的極性；方案：使用直流繼電器改變電壓的極性；方案2：使用開關(guān)：使用開關(guān)管構(gòu)成切換電路，常采用管構(gòu)成切換電路，常采用H橋控制。橋控制。42H橋控制橋控制 可以使直流電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和?？梢允怪绷麟姍C(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等各種操作止等各種操作H橋原理橋原理 下圖是典型的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，因其形狀下圖是典型的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，因其形狀象象”H”而得名。圖中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒畫出來。而得名。圖中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒畫出來。兩個(gè)兩個(gè)PNP三極管三極管(低電平導(dǎo)通低電平導(dǎo)通)和

21、兩個(gè)和兩個(gè)NPN三極管三極管(高高電平導(dǎo)通電平導(dǎo)通)。43驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路T1T4T3T2+_44 要想電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必須使對(duì)角線上的兩個(gè)三極管導(dǎo)通，根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，流過電機(jī)的電流方向不同，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。T1T4T3T2+_45 當(dāng)當(dāng)T1和和T2管導(dǎo)通時(shí)，流過電機(jī)的電流方向?yàn)楣軐?dǎo)通時(shí)，流過電機(jī)的電流方向?yàn)閺淖蟮接?，如果電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則當(dāng)從左到右，如果電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則當(dāng)T3和和T4管管導(dǎo)通時(shí)，流過電機(jī)的電流方向?yàn)閺挠业阶?，電機(jī)導(dǎo)通時(shí)，流過電機(jī)的電流方向?yàn)閺挠业阶?，電機(jī)的轉(zhuǎn)向就會(huì)反轉(zhuǎn)，即逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。的轉(zhuǎn)向就會(huì)反轉(zhuǎn)，即逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。+T3T2T1T4_46PWM控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制直

22、流電機(jī)正反轉(zhuǎn)47T1、T2為一組，為一組，T3和和T4為另一組，兩組開關(guān)的狀態(tài)互補(bǔ)，一組為另一組，兩組開關(guān)的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則另一組必須關(guān)斷。當(dāng)導(dǎo)通則另一組必須關(guān)斷。當(dāng)T1、T2導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，T3、T4關(guān)斷，電機(jī)關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)兩端加正向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)T3、T4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，T1、T2關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。制動(dòng)。(1) 當(dāng)當(dāng)A=1(高電平高電平)：則：則B=0T1導(dǎo)通導(dǎo)通 T2導(dǎo)通；導(dǎo)通；C=1 T3截止；截止；于是電流于是電流i1流經(jīng)電機(jī)的路徑為：流經(jīng)電機(jī)的

23、路徑為：UccT1MT2地，電機(jī)正地，電機(jī)正轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。(2) 若若A=0(低電平低電平)：則：則B=1T1截止截止T2截止；截止；C=0T3導(dǎo)通；導(dǎo)通；于是電流于是電流i1流經(jīng)電機(jī)的路徑為：流經(jīng)電機(jī)的路徑為：UccT3MT4地，電機(jī)反地，電機(jī)反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。48 四個(gè)二極管是續(xù)流二極管，起保護(hù)作用四個(gè)二極管是續(xù)流二極管，起保護(hù)作用 。單片機(jī)。單片機(jī)輸出輸出PWM脈沖就可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速和正反轉(zhuǎn)控制了。脈沖就可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速和正反轉(zhuǎn)控制了。 注意：此電路由于采用三極管作為功率管，要求所注意：此電路由于采用三極管作為功率管，要求所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的功率比較小。如果驅(qū)動(dòng)大功率的直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的功率比較小。

24、如果驅(qū)動(dòng)大功率的直流電機(jī)，則把功率管換成則把功率管換成MOSFET管就可以了。管就可以了。49 市場(chǎng)上有多種專用集成芯片，這些芯片除了具有直流電機(jī)市場(chǎng)上有多種專用集成芯片，這些芯片除了具有直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能以外，還具有死區(qū)調(diào)節(jié)功能、保護(hù)功能等。如：驅(qū)動(dòng)功能以外，還具有死區(qū)調(diào)節(jié)功能、保護(hù)功能等。如：L298N 、L293D、TA7257P、SN754410等。等。專用直流電機(jī)集成電路專用直流電機(jī)集成電路三、專用驅(qū)動(dòng)芯片三、專用驅(qū)動(dòng)芯片50L298N 驅(qū)動(dòng)芯片介紹驅(qū)動(dòng)芯片介紹 9-接單片機(jī)的電源。接單片機(jī)的電源。4.57V4-接電機(jī)的電源。接電機(jī)的電源。50V8-接單片機(jī)的地。接單片機(jī)的地。51L2

25、98N 驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)芯片52 L298N芯片可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)芯片可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)兩相步進(jìn)電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。 L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可可接接457 V電壓。電壓。4腳腳VS接電源電壓，接電源電壓，VS電壓范圍電壓范圍VIH為為2546 V。輸出電流可達(dá)。輸出電流可達(dá)25 A，可驅(qū)動(dòng)電感

26、性，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。負(fù)載。1腳和腳和15腳分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，腳分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)。之間可分別接電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)?？刂剖鼓芏耍刂齐姍C(jī)的停轉(zhuǎn)。53表表1 L298N的邏輯功能的邏輯功能ENA(B)INl(IN3)IN2(IN4)電機(jī)運(yùn)行情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)HH(L)(L)快速停止L停止即當(dāng)即當(dāng)IN1和

27、和IN2(或者或者IN3和和IN4)相同時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)相同時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)L298L298的邏輯功能如表的邏輯功能如表1 1所示。所示。54L298驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路55直流電機(jī)的控制說明直流電機(jī)的控制說明 引腳引腳ENA,ENBENA,ENB可用于輸入可用于輸入PWMPWM脈寬調(diào)制信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行脈寬調(diào)制信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。調(diào)速控制。( (如果無需調(diào)速可將兩引腳接如果無需調(diào)速可將兩引腳接5V)5V)，使電機(jī)工作在最高，使電機(jī)工作在最高速狀態(tài)速狀態(tài)) )實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 輸入信號(hào)端輸入信號(hào)端IN1IN1接高電平，接高電平， IN2IN2接低電平，電機(jī)接低電平，電機(jī)M1M1正轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)。

28、( (如如果果IN1IN1接低電平，接低電平，IN2IN2接高電平，電機(jī)接高電平，電機(jī)M1M1反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)) )。同樣，輸入信號(hào)。同樣，輸入信號(hào)端端IN3IN3接高電平，接高電平，IN4IN4接低電平，電機(jī)接低電平，電機(jī)M2M2正轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)。( (反之則反轉(zhuǎn)反之則反轉(zhuǎn)) )。A A PWMPWM信號(hào)端信號(hào)端ENAENA控制控制M1M1調(diào)速，調(diào)速，B PWMB PWM信號(hào)端信號(hào)端ENBENB控制控制M2M2調(diào)速。調(diào)速。 用用L298L298驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)的電路。引腳驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)的電路。引腳6 6，9 9可用于可用于PWMPWM控控制。如果機(jī)器人項(xiàng)目只要求直行前進(jìn)，則可將制。如果機(jī)器人項(xiàng)目只要求直

29、行前進(jìn)，則可將5 5，1010和和7 7，1212兩對(duì)引腳分別接高電平和低電平，僅用單片機(jī)的兩個(gè)端口給兩對(duì)引腳分別接高電平和低電平，僅用單片機(jī)的兩個(gè)端口給出出PWMPWM信號(hào)控制信號(hào)控制6 6，1111即可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動(dòng)作。即可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動(dòng)作。 561、軟件模擬法、軟件模擬法 利用單片機(jī)的利用單片機(jī)的I/O口通過軟件使該引腳不斷地輸出高低電口通過軟件使該引腳不斷地輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)平來實(shí)現(xiàn)PWM波輸出，這種方法要占用大量的波輸出，這種方法要占用大量的CPU時(shí)間，時(shí)間，使單片機(jī)無法進(jìn)行其他工作，這種方法逐漸被淘汰。使單片機(jī)無法進(jìn)行其他工作，這種方法逐漸被淘汰。2、單片機(jī)

30、的、單片機(jī)的PWM口口 有的單片機(jī)具有輸出有的單片機(jī)具有輸出PWM功能，可以通過初始化設(shè)置，使功能，可以通過初始化設(shè)置，使其自動(dòng)地發(fā)出其自動(dòng)地發(fā)出PWM波。波。四、四、 PWM脈沖的產(chǎn)生方法脈沖的產(chǎn)生方法3、專用芯片、專用芯片 采用現(xiàn)有的芯片，通過對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，使其自動(dòng)地發(fā)出采用現(xiàn)有的芯片，通過對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，使其自動(dòng)地發(fā)出PWM波。例如波。例如8253可編程定時(shí)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)芯片。計(jì)數(shù)芯片。 5782538253可編程定時(shí)可編程定時(shí)/ /計(jì)數(shù)芯片介紹計(jì)數(shù)芯片介紹1 1、82538253的主要功能的主要功能(1)(1)具有三個(gè)獨(dú)立的具有三個(gè)獨(dú)立的1616位減法計(jì)數(shù)器；位減法計(jì)數(shù)器；(2)(2)

31、每個(gè)計(jì)數(shù)器有六種工作方式；每個(gè)計(jì)數(shù)器有六種工作方式；(3)(3)每個(gè)計(jì)數(shù)器可按二進(jìn)制或十進(jìn)制計(jì)數(shù)；每個(gè)計(jì)數(shù)器可按二進(jìn)制或十進(jìn)制計(jì)數(shù)； (4)(4)每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速率可達(dá)每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速率可達(dá)2MHZ2MHZ； (5)(5)全部輸入輸出都與全部輸入輸出都與TTLTTL電平兼容。電平兼容。2 2、82538253內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)5882538253內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)59(1)讀寫控制：讀寫控制： CSCS 片選信號(hào)片選信號(hào) RDRD 讀讀82538253 WRWR 寫入寫入8253 8253 A0 A0、A1 A1 計(jì)數(shù)通道地址選擇計(jì)數(shù)通道地址選擇(2)計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器：三個(gè)計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器三個(gè)計(jì)數(shù)

32、器：計(jì)數(shù)器0，計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器1，計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器2每個(gè)計(jì)數(shù)器都有六種工作方式。每個(gè)計(jì)數(shù)器都有六種工作方式。60(3)控制寄存器控制寄存器（A1、A0為為1 1時(shí)選中）時(shí)選中） 在初始化過程中，必須在初始化過程中，必須先寫入控制字，才能寫其他命令先寫入控制字，才能寫其他命令，如設(shè)計(jì)數(shù)初值等。如設(shè)計(jì)數(shù)初值等?？刂萍拇嫫鞯母袷娇刂萍拇嫫鞯母袷?1控制寄存器的格式控制寄存器的格式62 8253 8253真值表真值表CSCSRDRDWRWRA A1 1A A0 0操作功能操作功能0 01 10 00 00 0計(jì)數(shù)器初值裝入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器初值裝入計(jì)數(shù)器0 00 01 10 00 01 1計(jì)數(shù)器初值裝入計(jì)數(shù)器計(jì)

33、數(shù)器初值裝入計(jì)數(shù)器1 10 01 10 01 10 0計(jì)數(shù)器初值裝入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器初值裝入計(jì)數(shù)器2 20 01 10 01 11 1寫控制寄存器寫控制寄存器0 00 01 10 00 0讀計(jì)數(shù)器讀計(jì)數(shù)器0 00 00 01 10 01 1讀計(jì)數(shù)器讀計(jì)數(shù)器1 10 00 01 11 10 0讀計(jì)數(shù)器讀計(jì)數(shù)器2 20 00 01 11 11 1讀控制寄存器讀控制寄存器1 182538253不被選中不被選中0 01 11 1選中選中82538253，但不做任何操作，但不做任何操作6382538253有六種定時(shí)有六種定時(shí)/ /計(jì)數(shù)模式，分別為計(jì)數(shù)模式，分別為 0 0. 計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷；計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷

34、； 1.1.可編程單穩(wěn)觸發(fā)器；可編程單穩(wěn)觸發(fā)器； 2.2.分頻器；分頻器； 3.3.方波頻率發(fā)生器；方波頻率發(fā)生器； 4.4.軟件觸發(fā)選通；軟件觸發(fā)選通； 5.5.硬件觸發(fā)選通方式。硬件觸發(fā)選通方式。方式方式1.1.可編程單穩(wěn)觸發(fā)器；可編程單穩(wěn)觸發(fā)器； 當(dāng)寫入控制字后，當(dāng)寫入控制字后，OUT變?yōu)楦唠娖剑瑢懭胗?jì)數(shù)初值后，變?yōu)楦唠娖?，寫入?jì)數(shù)初值后，計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器并不馬上開始計(jì)數(shù)，器并不馬上開始計(jì)數(shù)，等門控信號(hào)等門控信號(hào)GATE的的上升沿上升沿到來后在到來后在下一下一個(gè)時(shí)鐘的下降沿個(gè)時(shí)鐘的下降沿才開始計(jì)數(shù)，才開始計(jì)數(shù)，OUT變?yōu)樽優(yōu)?。計(jì)數(shù)到了后。計(jì)數(shù)到了后OUT變?yōu)樽優(yōu)?。（輸出一個(gè)寬度為（輸出一個(gè)

35、寬度為NT的負(fù)向脈沖）的負(fù)向脈沖） 6465 如果工作期間對(duì)計(jì)數(shù)器寫入新的計(jì)數(shù)值，則要等到當(dāng)前的計(jì)數(shù)如果工作期間對(duì)計(jì)數(shù)器寫入新的計(jì)數(shù)值，則要等到當(dāng)前的計(jì)數(shù)值計(jì)滿回零且門控信號(hào)再次出現(xiàn)值計(jì)滿回零且門控信號(hào)再次出現(xiàn)上升沿上升沿后，才按新寫入的計(jì)數(shù)值開后，才按新寫入的計(jì)數(shù)值開始工作。始工作。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 自動(dòng)重置計(jì)數(shù)初值；自動(dòng)重置計(jì)數(shù)初值； GATE上升沿啟動(dòng)上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)； WR#寫寫重寫重寫計(jì)數(shù)初值后在下次計(jì)數(shù)初值后在下次GATE從從0到到1的跳變時(shí)有效；的跳變時(shí)有效； OUT在寫入控制字后變高，開始計(jì)數(shù)時(shí)變低、計(jì)數(shù)值為在寫入控制字后變高，開始計(jì)數(shù)時(shí)變低、計(jì)數(shù)值為0時(shí)變時(shí)變高高(N個(gè)時(shí)鐘

36、周期的低電平個(gè)時(shí)鐘周期的低電平)。 66方式方式2.2.分頻器分頻器6768GATE為為0時(shí)，計(jì)數(shù)停止時(shí)，計(jì)數(shù)停止WR#寫寫重寫重寫計(jì)數(shù)初值后在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿開始計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)初值后在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖下降沿開始計(jì)數(shù)69方式方式3.3.方波頻率發(fā)生器方波頻率發(fā)生器 當(dāng)計(jì)數(shù)初值為偶數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)初值為偶數(shù)N時(shí)，計(jì)數(shù)到時(shí)，計(jì)數(shù)到N/2反向。脈沖寬度反向。脈沖寬度TN/2,方方波周期為波周期為TN 。 當(dāng)計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)N時(shí)，開始時(shí)，開始OUT為高電平，計(jì)數(shù)到為高電平，計(jì)數(shù)到(N+1)/2的下一個(gè)的下一個(gè)CLK時(shí)時(shí)OUT反向（反向（OUT正脈沖寬度為正脈沖寬度為T(N+1)/2）；）；OUT低電

37、平時(shí)在計(jì)數(shù)到剩下的低電平時(shí)在計(jì)數(shù)到剩下的(N-1)/2時(shí)反向（負(fù)脈沖寬度為時(shí)反向（負(fù)脈沖寬度為T(N-1)/2），方波周期仍然是），方波周期仍然是TN。 寫入控制字后，輸出低電平，計(jì)數(shù)器裝入初值后，寫入控制字后，輸出低電平，計(jì)數(shù)器裝入初值后，立即變?yōu)楦唠娖?，若此時(shí)門控信號(hào)為立即變?yōu)楦唠娖?，若此時(shí)門控信號(hào)為高電平高電平，開始計(jì)數(shù)。開始計(jì)數(shù)。 70方式方式3 3 方波頻率發(fā)生器方波頻率發(fā)生器71 若在計(jì)數(shù)期間寫入一個(gè)新的計(jì)數(shù)值，并不立即影響現(xiàn)行計(jì)數(shù)若在計(jì)數(shù)期間寫入一個(gè)新的計(jì)數(shù)值，并不立即影響現(xiàn)行計(jì)數(shù)過程，等到計(jì)數(shù)值減到過程，等到計(jì)數(shù)值減到0 0后，重新裝入新的計(jì)數(shù)值，開始以后，重新裝入新的計(jì)數(shù)值，

38、開始以新的速率輸出方波。新的速率輸出方波。 方式方式3定時(shí)波形圖定時(shí)波形圖 可見，方式可見，方式2 2和和3 3中中GATEGATE為為0 0時(shí)，計(jì)數(shù)停止，時(shí)，計(jì)數(shù)停止， GATEGATE為為1 1，才能，才能計(jì)數(shù)。而方式計(jì)數(shù)。而方式1 1必須必須GATEGATE有上升沿才可以啟動(dòng)計(jì)數(shù)。三者都是在有上升沿才可以啟動(dòng)計(jì)數(shù)。三者都是在GATEGATE為為1 1后的下一個(gè)脈沖的下降沿開始計(jì)數(shù)。而且計(jì)數(shù)過程中改后的下一個(gè)脈沖的下降沿開始計(jì)數(shù)。而且計(jì)數(shù)過程中改變初值都不會(huì)影響本次計(jì)數(shù)。變初值都不會(huì)影響本次計(jì)數(shù)。7282538253的初始化的初始化 在硬件連接好后，在使用在硬件連接好后，在使用8253時(shí)必

39、須對(duì)其初始時(shí)必須對(duì)其初始化?；?。 對(duì)對(duì)8253初始化編程有兩項(xiàng)內(nèi)容：初始化編程有兩項(xiàng)內(nèi)容：先寫入計(jì)數(shù)通先寫入計(jì)數(shù)通道的控制字，再寫入通道的計(jì)數(shù)值道的控制字，再寫入通道的計(jì)數(shù)值。 三個(gè)通道的控制字寄存器使用三個(gè)通道的控制字寄存器使用同一個(gè)端口地址同一個(gè)端口地址由控制字的由控制字的內(nèi)容內(nèi)容決定是哪個(gè)通道的控制字。決定是哪個(gè)通道的控制字。 初始化步驟初始化步驟 1）寫入通道控制字，設(shè)置通道工作方式）寫入通道控制字，設(shè)置通道工作方式 2）寫入計(jì)數(shù)值）寫入計(jì)數(shù)值73P0=0 x3e; /寫計(jì)數(shù)器寫計(jì)數(shù)器0控制字，選擇方式控制字，選擇方式3 8253的初始化的初始化例如：例如：8253使用通道使用通道0，

40、工作在方式，工作在方式3，按，按BCD計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值計(jì)數(shù)值5080H，對(duì)該，對(duì)該8253進(jìn)行初始化。進(jìn)行初始化。(假定假定P0口與口與8253的的數(shù)據(jù)線相連數(shù)據(jù)線相連)p23=1;p24=1;p26=0;p36=0; /8253的選通信號(hào)和寫的選通信號(hào)和寫(控制字控制字) yan_2us(); p36=1;/寫結(jié)束寫結(jié)束P0=0 x80;d23=0; d24=0; /寫計(jì)數(shù)器寫計(jì)數(shù)器0的低位數(shù)據(jù)的低位數(shù)據(jù) p36=0;yan_2us();p36=1;P0=0 x50; 748253的電路圖的電路圖計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0 0方式方式3 3計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1 1方式方式2 2計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器2 2方式方式1

41、175P0=0 x52 /寫計(jì)數(shù)器寫計(jì)數(shù)器1控制字，讀寫低控制字，讀寫低8位位d23=1;d24=1;d26=0;d36=0; yan_2us();d36=1; P0=u;d23=1;d24=0; 寫計(jì)數(shù)器寫計(jì)數(shù)器1低位數(shù)據(jù)低位數(shù)據(jù) d36=0; yan_2us();d36=1; 76計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器0 0方式方式2 2計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1 1方式方式1 1注：此圖注：此圖out1out1的輸出的輸出應(yīng)在應(yīng)在OUT0OUT0后的時(shí)鐘的后的時(shí)鐘的下降沿變?yōu)榈碗娖较陆笛刈優(yōu)榈碗娖?778霍爾測(cè)速電路接線圖霍爾測(cè)速電路接線圖五、速度測(cè)量硬件電路設(shè)計(jì)五、速度測(cè)量硬件電路設(shè)計(jì) 還有一種還有一種連接方式是把連接方式

42、是把霍爾傳感器的霍爾傳感器的輸出連接單片輸出連接單片機(jī)的外部中斷。機(jī)的外部中斷。79脈沖信號(hào)的獲得脈沖信號(hào)的獲得 霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號(hào)霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，常用于開關(guān)信號(hào)采集的有采集的有CS3020、CS3040等，這種傳感器是一個(gè)等，這種傳感器是一個(gè)3端器端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是輸出通常是集電極開路集電極開路（OC）門輸出，工作電壓范圍寬，）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。使用非常方便。 當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度超過規(guī)定的工作點(diǎn)時(shí)，當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度超過規(guī)定的工作點(diǎn)時(shí)，OCO

43、C門由高電阻門由高電阻狀態(tài)變?yōu)榈酵顟B(tài)，輸出變?yōu)闋顟B(tài)變?yōu)榈酵顟B(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖降碗娖?，?dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度低，當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度低于釋放點(diǎn)時(shí)，于釋放點(diǎn)時(shí)，OCOC門重新變?yōu)楦唠娮锠顟B(tài)，輸出高電平。門重新變?yōu)楦唠娮锠顟B(tài)，輸出高電平。80開關(guān)型霍爾元件開關(guān)型霍爾元件3020如圖所示是如圖所示是CS3020的外形圖，將有字的的外形圖，將有字的面對(duì)準(zhǔn)自己，三根引面對(duì)準(zhǔn)自己，三根引腳從左向右分別是腳從左向右分別是Vcc，地，輸出。，地，輸出。即：即：1 Vcc 2 地地 3輸出輸出81 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘

44、上一粒磁鋼，讓霍爾開較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。這種傳感器，如果沒有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)

45、用廣泛。器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。82測(cè)速電路原理圖測(cè)速電路原理圖 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)83 在電源輸入端并聯(lián)電容在電源輸入端并聯(lián)電容C2用來濾去電源尖嘯，使霍用來濾去電源尖嘯，使霍爾元件穩(wěn)定工作。爾元件穩(wěn)定工作。HG表示霍爾元件，采用表示霍爾元件，采用CS3020，在，在霍爾元件輸出端（引腳霍爾元件輸出端（引腳3）與地并聯(lián)電容）與地并聯(lián)電容C3濾去波形尖峰，濾去波形尖峰，再接一個(gè)上拉電阻再接一個(gè)上拉電阻R2，然后將其接入，然后將其接入LM324的引腳的引腳3。用。用LM324構(gòu)成一個(gè)電壓比較器，將霍爾元件輸出電壓與電構(gòu)成一個(gè)電壓比較器，將霍爾元件輸出電壓與電位器位器RP1比較

46、得出高低電平信號(hào)給單片機(jī)讀取。比較得出高低電平信號(hào)給單片機(jī)讀取。C4用于用于波形整形，以保證獲得良好數(shù)字信號(hào)。波形整形，以保證獲得良好數(shù)字信號(hào)。LED便于觀察，當(dāng)便于觀察，當(dāng)比較器輸出高電平時(shí)不亮，低電平時(shí)亮。比較器輸出高電平時(shí)不亮，低電平時(shí)亮。84 直流電機(jī)在控制脈沖作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)盤上的永久磁鐵直流電機(jī)在控制脈沖作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)盤上的永久磁鐵隨之旋轉(zhuǎn)，霍爾傳感器受磁場(chǎng)的影響，從輸出端口輸出脈沖信隨之旋轉(zhuǎn)，霍爾傳感器受磁場(chǎng)的影響，從輸出端口輸出脈沖信號(hào)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器輸出一個(gè)脈沖，脈沖頻率與電號(hào)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器輸出一個(gè)脈沖，脈沖頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。通過測(cè)出脈沖信號(hào)的

47、頻率機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。通過測(cè)出脈沖信號(hào)的頻率(單位時(shí)間脈沖的個(gè)單位時(shí)間脈沖的個(gè)數(shù)數(shù))就可以計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。就可以計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 測(cè)速時(shí)，需要一個(gè)定時(shí)器，設(shè)定時(shí)間為測(cè)速時(shí)，需要一個(gè)定時(shí)器，設(shè)定時(shí)間為T，還需要一個(gè)計(jì)，還需要一個(gè)計(jì)數(shù)器（或外部中斷），對(duì)霍爾傳感器的輸出端輸出的脈沖計(jì)數(shù)，數(shù)器（或外部中斷），對(duì)霍爾傳感器的輸出端輸出的脈沖計(jì)數(shù)，并讀出計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值并讀出計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值S(或進(jìn)入外部中斷的次數(shù)或進(jìn)入外部中斷的次數(shù))即為時(shí)間即為時(shí)間T內(nèi)內(nèi)轉(zhuǎn)的圈數(shù)轉(zhuǎn)的圈數(shù))，則可以計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。，則可以計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 n=60S/T85直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整：直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整： 首先確定控制脈沖占空比的

48、調(diào)整方式：首先確定控制脈沖占空比的調(diào)整方式：1、設(shè)定正、設(shè)定正(或負(fù)或負(fù))脈沖寬度，不斷調(diào)整正脈沖寬度，不斷調(diào)整正 (或負(fù)或負(fù))脈沖寬度，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于設(shè)定脈沖寬度，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，減小正脈沖的寬度。轉(zhuǎn)速時(shí)，減小正脈沖的寬度。2、同時(shí)調(diào)整正負(fù)脈沖的寬度。、同時(shí)調(diào)整正負(fù)脈沖的寬度。 調(diào)整了脈沖占空比后，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器調(diào)整了脈沖占空比后，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器(或外部中斷或外部中斷)，進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整與測(cè)量交叉進(jìn)行。進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整與測(cè)量交叉進(jìn)行。五、調(diào)速的軟件實(shí)現(xiàn)五、調(diào)速的軟件實(shí)現(xiàn)861、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算：、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算：(利用定時(shí)器和外部中斷利用定

49、時(shí)器和外部中斷) 由于直流電機(jī)轉(zhuǎn)一圈霍爾元件就會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖，只要數(shù)出由于直流電機(jī)轉(zhuǎn)一圈霍爾元件就會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖，只要數(shù)出一秒鐘內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)，再乘以一秒鐘內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)，再乘以60就可以得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速n(r/min)。五、調(diào)速的軟件實(shí)現(xiàn)五、調(diào)速的軟件實(shí)現(xiàn) 要用到定時(shí)器要用到定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，利用計(jì)數(shù)器，利用216-x=50000(us)計(jì)算出定時(shí)器計(jì)算出定時(shí)器(晶振頻率為晶振頻率為12MHZ)的初值的初值3CB0H,定時(shí)時(shí)間為定時(shí)時(shí)間為50ms。由于。由于定時(shí)范圍為定時(shí)范圍為1-65ms，每，每50ms進(jìn)入一次中斷，中斷服務(wù)子程進(jìn)入一次中斷，中斷服務(wù)子程序中的變量加一，當(dāng)變量累

50、計(jì)到序中的變量加一，當(dāng)變量累計(jì)到20的時(shí)候就是記時(shí)的時(shí)候就是記時(shí)1s的時(shí)候，的時(shí)候，這時(shí)輸出霍爾脈沖總數(shù)，并將變量清零可以反復(fù)測(cè)量。然后將這時(shí)輸出霍爾脈沖總數(shù)，并將變量清零可以反復(fù)測(cè)量。然后將數(shù)出的每秒鐘脈沖數(shù)乘以數(shù)出的每秒鐘脈沖數(shù)乘以60就是每秒鐘的轉(zhuǎn)速了。并在數(shù)碼管就是每秒鐘的轉(zhuǎn)速了。并在數(shù)碼管上顯示。上顯示。87速度測(cè)量模塊速度測(cè)量模塊模塊代碼：模塊代碼： void counter(void) interrupt 2 /(外部中斷外部中斷1，p33口口) EX1=0; zs+;/利用外部中斷實(shí)現(xiàn)霍爾輸出的脈沖計(jì)數(shù)，每進(jìn)一次就加利用外部中斷實(shí)現(xiàn)霍爾輸出的脈沖計(jì)數(shù)，每進(jìn)一次就加1 1 EX1

51、=1;/開外部中斷開外部中斷1 caiyang() int a; a=zs; zs=0; d=a*60;88void timer0(void) interrupt 1 using 1 TH0=0 x3C; TL0=0 xB0; c+; if(c=20)/中斷中斷20次到達(dá)次到達(dá)1s caiyang(); c=0; 892、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算：、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算：(利用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器利用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器)五、調(diào)速的軟件實(shí)現(xiàn)五、調(diào)速的軟件實(shí)現(xiàn) 要用到定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，利用要用到定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，利用216-x=50000(us)計(jì)算出定時(shí)器計(jì)算出定時(shí)器(晶振頻率為晶振頻率為12MHZ)的初值的初值3C

52、B0H,定時(shí)時(shí)間為定時(shí)時(shí)間為50ms。每。每50ms進(jìn)入定時(shí)中斷一次，中斷服務(wù)子程序中的變量加一，當(dāng)變量累計(jì)進(jìn)入定時(shí)中斷一次，中斷服務(wù)子程序中的變量加一，當(dāng)變量累計(jì)到到20的時(shí)候就是記時(shí)的時(shí)候就是記時(shí)1s的時(shí)候，這時(shí)輸出霍爾脈沖總數(shù)，并將變的時(shí)候，這時(shí)輸出霍爾脈沖總數(shù)，并將變量清零可以反復(fù)測(cè)量。然后將數(shù)出的每秒鐘脈沖數(shù)乘以量清零可以反復(fù)測(cè)量。然后將數(shù)出的每秒鐘脈沖數(shù)乘以60就是就是每秒鐘的轉(zhuǎn)速了。并在數(shù)碼管上顯示。每秒鐘的轉(zhuǎn)速了。并在數(shù)碼管上顯示。90 PWM波是通過波是通過8253實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。 注意，為了達(dá)到跟蹤的目的注意，為了達(dá)到跟蹤的目的PWM波的占空比是經(jīng)過波的占空比是經(jīng)過PID算

53、法的得到的算法的得到的。因此，經(jīng)過。因此，經(jīng)過PID增量控制算法得到的增量控制算法得到的u+uk-1(電量電量) 是控制量。是控制量。 3、直流電機(jī)的、直流電機(jī)的PWM調(diào)速：調(diào)速：91 將將PWM波的周期設(shè)定為波的周期設(shè)定為255個(gè)定時(shí)周期即個(gè)定時(shí)周期即1ms*255=0.255s,每進(jìn)一次每進(jìn)一次PID子程序計(jì)算一次控制量子程序計(jì)算一次控制量u+uk-1,如果大如果大于于255就輸出一個(gè)定時(shí)周期的高電平，如果小于就輸出一個(gè)定時(shí)周期的高電平，如果小于0，就輸出一，就輸出一個(gè)定時(shí)周期的低電平，如果在個(gè)定時(shí)周期的低電平，如果在0和和255之間，就輸出之間，就輸出u+uk-1個(gè)高電平和輸出個(gè)高電平和輸出(FFH-(u+uk-1)個(gè)低電平，一直到個(gè)低電平，一直到255個(gè)定個(gè)定時(shí)周期結(jié)束為一個(gè)時(shí)周期結(jié)束為一個(gè)PWM波周期。波周期。 如此循環(huán)，根據(jù)如此循環(huán)，根據(jù)u+uk-1的值來改變的值來改變PWM的占空比。從的占空比。從而改變加在電機(jī)電樞繞組的電壓，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。而改變加在電機(jī)電樞繞組的電壓，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。92調(diào)用初始化函數(shù)調(diào)用初始化函數(shù)調(diào)用轉(zhuǎn)速采