單片機(jī)項(xiàng)目實(shí)踐教程劉燎原-項(xiàng)目八電機(jī)模塊ppt課件

1、 微控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)用江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 劉燎原 直流電機(jī)步進(jìn)電機(jī)電機(jī)模塊PROTEUS仿真PROTEUS仿真 情境六 電機(jī) 工程一 步進(jìn)電機(jī)1 -學(xué)習(xí)步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)控制系統(tǒng)中，通常要控制機(jī)械部件的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，這些機(jī)械部件的驅(qū)動(dòng)大部分都采用交流電機(jī)、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。在這三種電機(jī)中，步進(jìn)電機(jī)最適宜數(shù)字控制，因此在數(shù)控機(jī)床、家用電器、精細(xì)儀器中得到廣泛運(yùn)用。一、概述普通電機(jī)直流電機(jī)都是延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，而步進(jìn)電機(jī)卻是一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱之為步進(jìn)電機(jī)。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器接納到一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖后，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。所以說步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？梢越?jīng)過

2、控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而到達(dá)準(zhǔn)確定位的目的；可以經(jīng)過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)調(diào)速的目的。因此在需求準(zhǔn)確定位或調(diào)速控制時(shí)均可思索運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的這些特性非常適宜單片機(jī)控制，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生，步進(jìn)電機(jī)那么根據(jù)控制信號(hào)來動(dòng)作。二、步進(jìn)電機(jī)的任務(wù)原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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。步進(jìn)電機(jī)按相數(shù)線圈個(gè)數(shù)分為單相、雙相、多相，以3相為例。定子的通電方式 稱為勵(lì)磁方式。1. 1相勵(lì)磁方式A相通電； B相通電； C相通電；當(dāng)脈沖一個(gè)一個(gè)發(fā)來時(shí)，假設(shè)按A-B-C-A.的順序通電，那么電機(jī)轉(zhuǎn)子便按逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，

3、這種通電方式成為1相勵(lì)磁方式。假設(shè)按A-C-BA.的順序通電，那么電機(jī)轉(zhuǎn)子便按逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)2. 2相勵(lì)磁方式 順時(shí)針輪回 ABBCCAAB 逆時(shí)針輪回 BAACCBBA3. 1-2相勵(lì)磁方式當(dāng)脈沖一個(gè)一個(gè)發(fā)來時(shí)，假設(shè)按A-A、B-B- B、C-C- C、A-.的順序通電，那么電機(jī)轉(zhuǎn)子便按順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這種通電方式成為1-2相勵(lì)磁方式。順時(shí)針輪回 AABBBCCCAA逆時(shí)針輪回 AACCCBBBAA三. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)1.步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)：是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有兩相、三相、五相步進(jìn)電機(jī)。2.拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)，用m表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)。3.步距角

4、：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移。4.電壓：5VDC,12VDC5.減速比：減速電機(jī)。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(jìn)電機(jī)5線四相八拍，相序表如下： P1.3210拍數(shù) DCBA脈沖 對(duì)應(yīng)值 1 0001 01 2 0011 03 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(jī)的I/O口相連每給一個(gè)脈沖，電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一個(gè)角度步距角5.625，當(dāng)給8個(gè)脈沖，

5、電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一齒距8*5.625=45。 假設(shè)內(nèi)部轉(zhuǎn)子要轉(zhuǎn)一圈，需求轉(zhuǎn)360/45=8個(gè)齒距。正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)unsigned char code zz=0 x01,0 x03,0 x02,0 x06,0 x04,0 xc0,0 x80,0 x90;unsigned char code 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圈四、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器：是一種能使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率放大器，能把控制器發(fā)來的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的

6、角位移，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，所以控制脈沖頻率可以準(zhǔn)確調(diào)速，控制脈沖數(shù)就可以準(zhǔn)確定位。ULN2003：反相驅(qū)動(dòng)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、任務(wù)電壓高大于50V 、溫度范圍寬、帶負(fù)載才干強(qiáng)輸出電流大于500mA等特點(diǎn),順應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。主要用于如下領(lǐng)域：伺服電機(jī);步進(jìn)電機(jī);電磁閥;可控照明燈。 二極管起斷電后放電維護(hù)作用例：經(jīng)過按鍵，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停頓 微控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)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(gè)名詞 相數(shù) 拍數(shù) 勵(lì)磁方式 步距角3.驅(qū)動(dòng)：ULN20034.正反轉(zhuǎn)：送脈沖的順序 角

7、度：送脈沖個(gè)數(shù) 速度：送脈沖的頻率 8.2 直流電機(jī)一、簡(jiǎn)介在直流電機(jī)的兩電刷端加上直流電壓，將電能輸入電樞，機(jī)械能就從電機(jī)軸上輸出，拖動(dòng)消費(fèi)機(jī)械，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而成為電動(dòng)機(jī)。直流電機(jī)主要由定子主磁極、換向極、機(jī)座、電刷安裝、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(chǎng)，轉(zhuǎn)子在定子磁場(chǎng)作用下得到轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)起來。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速由電樞即轉(zhuǎn)子線圈電壓決議。電樞電壓越高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就越快；電樞電壓為0V時(shí)，直流電機(jī)就停轉(zhuǎn)。改動(dòng)電樞電壓的極性，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。因此改動(dòng)電樞電壓的大小和極性可以改動(dòng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。二、直流電機(jī)調(diào)速直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速由電樞即轉(zhuǎn)子線圈電壓決議，經(jīng)過調(diào)整電樞

8、電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。直流電壓，5V，如何改動(dòng)？改動(dòng)平均電壓值。讓電壓一段時(shí)間5V，一段時(shí)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(gè)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)需求改動(dòng)一個(gè)周期內(nèi)“接通和“斷開時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)現(xiàn)控制電壓脈沖寬度。2.直流電機(jī)的PWM調(diào)速把PWM信號(hào)加到直流電機(jī)上經(jīng)過改動(dòng)一個(gè)周期內(nèi)“接通和“斷開時(shí)間來改動(dòng)PWM脈寬，改動(dòng)直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比，從而到達(dá)改動(dòng)平均電壓大小的目的，最終控制了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。只需按一定規(guī)律，改動(dòng)通、斷電的時(shí)間，即可

9、讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。設(shè)占空比為D，設(shè)電機(jī)一直接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax, ，那么電機(jī)的平均速度為 Va=Vmax*D式中D=t1T占空比，t1為接通時(shí)間，T為一個(gè)周期。當(dāng)我們改動(dòng)占空比D=t1T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度，從而到達(dá)調(diào)速的目的。三、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)主要完成直流電機(jī)的方向控制以及I/O端口的驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向可由直流電機(jī)上所加電壓的極性來控制。1.H橋控制電路可運(yùn)用于步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)及直流電機(jī)等的驅(qū)動(dòng)。它的外形酷似字母H要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必需導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流能夠會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向

10、.當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，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(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向。另一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向。2. L298驅(qū)動(dòng)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(dòng)繼電器、線圈、直流電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。它的驅(qū)動(dòng)電壓可達(dá)46V，直流電流總和可達(dá)4A，其內(nèi)部具有

11、2個(gè)完全一樣的PWM功率放大回路。管腳：OUT1、OUT2、OUT3、OUT4引腳是L298的輸出端，這4個(gè)引腳之間可以接2個(gè)直流電機(jī).IN1、IN2、IN3、IN4引腳經(jīng)過置高電平和低電平組合實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)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，該端口普通和單片機(jī)軟件產(chǎn)生的PWM波輸出端相連，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。VSS為芯片電源，VS為電機(jī)電源SENA、SENB是電流取樣電阻工程要求：設(shè)計(jì)一個(gè)小車的控制器，可以實(shí)現(xiàn)小車的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)功能。幾個(gè)闡明問題：1.獨(dú)立按鍵程序 并列構(gòu)造2.PWM波如何產(chǎn)生？方波？(1)利用定時(shí)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(shí)器定一次的時(shí)間。 假定PWM信號(hào)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(gè)周期10等份，1等分為100us。所以利用定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間設(shè)定為100us，對(duì)此定時(shí)時(shí)間進(jìn)展統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)，計(jì)滿10個(gè)，即1個(gè)周期。TH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256;利用i存放100us個(gè)數(shù)，i+(2). 經(jīng)過修正高電平的值修正占空比 以100us為根本單位，假設(shè)設(shè)定高電平的初始值位為2個(gè)單位繼續(xù)時(shí)間200u