常用控制程序課件

第4章常用控制程序的設(shè)計4.1報警程序的設(shè)計

4.2開關(guān)量輸出接口技術(shù)

4.3電機(jī)控制接口技術(shù)

4.4步進(jìn)電機(jī)控制接口技術(shù)第4章常用控制程序的設(shè)計4.1報警程序的設(shè)計 14.1報警程序設(shè)計在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，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。微機(jī)控制技術(shù)4.1報警程序設(shè)計在微型機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，24.1.1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，則可在系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，將悅耳的音樂送入人耳，加之突現(xiàn)的警燈的作用，便能在和諧的氣氛中，提醒現(xiàn)場人員注意，或采取應(yīng)急措施，確保系統(tǒng)安全生產(chǎn)。

★光發(fā)光二極管或閃爍的白熾燈等

★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、報警回路的編號、報警內(nèi)容及次數(shù)等），由于圖形更加生動、逼真、而且方位明確，因此越來越受到人們的歡迎?，F(xiàn)在，很多大型系統(tǒng)都有這種報警系統(tǒng)。微機(jī)控制技術(shù)4.1.1常用報警方式在控制系統(tǒng)中通?？刹捎梦C(jī)控制技術(shù)34.1.1常用報警方式

1．發(fā)光二極管及白熾燈驅(qū)動電路 報警方法不同采用的驅(qū)動電路方式也不同，這里僅講一下聲光報警驅(qū)動方法由于發(fā)光二極管的驅(qū)動電流一般在20~30mA，所以不能直接由TTL電平驅(qū)動，通常采用OC門的驅(qū)動器，如74LS06或74LS07等。

微機(jī)控制技術(shù)4.1.1常用報警方式1．發(fā)光二極管及白熾燈驅(qū)動電44.1.1常用報警方式 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，如可編程接口芯片Intel8155，8255A，也可選用一般的鎖存器，像74LS273，74LS373，或74LS377等。其原理電路圖，如圖4-1所示。當(dāng)某一路需要報警時，只需將該路輸出相應(yīng)的電平即可。在圖4-1中，當(dāng)需要用白熾燈報警時，應(yīng)該使用交流固態(tài)繼電器進(jìn)行控制。關(guān)于交流固態(tài)繼電器的原理及應(yīng)用，將在本章第二節(jié)講述微機(jī)控制技術(shù)4.1.1常用報警方式 為了能保持報警狀態(tài)，常采用帶有鎖存器54.1.1常用報警方式圖4-1LED報警接口電路微機(jī)控制技術(shù)4.1.1常用報警方式圖4-1LED報警接口電路微機(jī)控64.1.1常用報警方式

2.聲音報警驅(qū)動電路 在聲音報警驅(qū)動電路中，目前最常用的方法是采用模擬聲音集成電路芯片，如KD-956X系列，這是一組采用CMOS工藝，軟封裝的報警IC芯片。其功能如表4.1所示。微機(jī)控制技術(shù)4.1.1常用報警方式2.聲音報警驅(qū)動電路微機(jī)控制技術(shù)74.1.1常用報警方式型號聲光性能KD-9561機(jī)槍、警笛、救護(hù)車、消防車聲KD-9561B嘟嘟……聲KD-9562機(jī)槍、炮彈等8聲KD-9562B光控報警聲KD-9562C單鍵8音KD-95633聲2閃光KD-95656聲5閃光微機(jī)控制技術(shù)4.1.1常用報警方式型號聲光性能KD-9584.1.1常用報警方式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。微機(jī)控制技術(shù)4.1.1常用報警方式KD-956X系列IC芯片具有以下共同94.1.1常用報警方式

模擬聲選聲端電平SELSEL2機(jī)器聲空VDD警備聲VDDVSS救護(hù)車聲VSSVSS消防車聲空VSS微機(jī)控制技術(shù)表4.1KD956X系列報警芯片功能表P964.1.1常用報警方式選聲端電平SELSEL2機(jī)104.1.1常用報警方式KD-9561芯片外形如圖4.2（a）所示。它含振蕩器、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。根據(jù)IC內(nèi)部程序，它設(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，詳見表4.2。VDD提供電源正端電壓，VSS指電源負(fù)端電壓（地）。由于KD-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。KD-9561的外形及報警器電路圖，如圖4.2（b）所示。微機(jī)控制技術(shù)4.1.1常用報警方式KD-9561芯片外形如圖114.1.1常用報警方式圖4.2KD-9561的外形和報警電路圖P97微機(jī)控制技術(shù)4.1.1常用報警方式圖4.2KD-9561的外形和報警124.1.1常用報警方式如圖4.2（b）中所示，當(dāng)系統(tǒng)檢查到報警信號以后，使三極管9013導(dǎo)通，發(fā)出報警聲音。圖中的R1選值一般在180k～290k之間。R1的阻值愈大，報警聲音愈急促；反之，報警聲音節(jié)湊緩慢。微機(jī)控制技術(shù)4.1.1常用報警方式如圖4.2（b）中所示，當(dāng)系統(tǒng)134.1.2簡單報警程序的設(shè)計報警程序的設(shè)計方法：（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、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，以及上、下限報警處理程序。微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計報警程序的設(shè)計方法：微機(jī)控制144.1.2簡單報警程序的設(shè)計（2）硬件申請、軟件處理報警程序這種方法的基本思想是報警要求不是通過程序比較法得到，而是直接由傳感器產(chǎn)生，例如電接點(diǎn)式壓力報警裝置，當(dāng)壓力高于（或低于）某一極限值時，接點(diǎn)即閉合，正常時則打開。我們利用這些開關(guān)量信號，通過中斷的辦法來實現(xiàn)對參數(shù)或位置的監(jiān)測。例如，行車系統(tǒng)、電接點(diǎn)壓力表等。微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計（2）硬件申請、軟件處理報警154.1.2簡單報警程序的設(shè)計報警程序根據(jù)系統(tǒng)和參數(shù)的要求，可分為簡單的越限報警程序及報警處理程序。微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計報警程序根據(jù)系統(tǒng)和參164.1.2簡單報警程序的設(shè)計1.軟件報警程序設(shè)計 在如圖4.3所示的鍋爐水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，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，就會使汽包內(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)。微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計1.軟件報警程序設(shè)計微機(jī)控174.1.2簡單報警程序的設(shè)計圖4—3鍋爐三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)P98微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計圖4—3鍋爐三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)184.1.2簡單報警程序的設(shè)計 為了使現(xiàn)場人員能夠及時地監(jiān)視鍋爐的生產(chǎn)情況，整個系統(tǒng)設(shè)計有3個報警參數(shù)，即水位上、下限，爐膛溫度上、下限，以及蒸汽壓力下限，如圖4.4所示。 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。由于各參數(shù)位都接有反相驅(qū)動器，所以，當(dāng)某位為“1”時，該位發(fā)光二極管亮。微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計 為了使現(xiàn)場人員能夠及時地194.1.2簡單報警程序的設(shè)計圖4—4鍋爐報警系統(tǒng)圖微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計圖4—4鍋爐報警系統(tǒng)圖微機(jī)控204.1.2簡單報警程序的設(shè)計 本程序的設(shè)計思想是設(shè)置一個報警模型標(biāo)志單元ALARM，然后把各參數(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)判斷完畢以后，再看報警模型單元ALARM的內(nèi)容是否為00H。如果為00H，說明所有參數(shù)均正常，使綠燈發(fā)光。如果ALARM單元的內(nèi)容不等于00H，則說明有參數(shù)越限，輸出報警模型，其程序流程圖如圖4.5所示。 設(shè)3個參數(shù)的采樣值X1（水位）、X2（爐膛溫度）、X3（蒸汽壓力）依次存放在以SAMPLE為首地址的內(nèi)存單元中，相應(yīng)的報警極限值依次放在以LIMIT為首地址的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)，報警標(biāo)志位單元為ALARM。微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計 本程序的設(shè)計思想是設(shè)置一214.1.2簡單報警程序的設(shè)計

圖4—5軟件報警程序模塊流程圖P101微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計圖4—5軟件報警程序模224.1.2簡單報警程序的設(shè)計 ORG8000HALARM：MOVDPTR，#SAMP ；采樣值存放地址→DPTR MOVXA，@DPTR ；取X1 MOVALARM，#00H ；報警模型單元清0ALARM0:CJNEA，LIMIT，AA ；X1>MAX1嗎ALARM1:CJNE A，LIMIT+1，BB ；X1<MIN1嗎ALARM2:INC DPTR ；取X2 MOVX A，@DPTR CJNE A，LIMIT+2，CC ；X2>MAX2嗎ALARM3:CJNE A，LIMIT+3，DD ；X2<MIN2嗎ALARM4:INC DPTR ；取X3 MOVX A，@DPTR CJNE A，LIMIT+4，EE ；X3<MIN3嗎DONE：MOV A，00H ；判斷是否有參數(shù)報警 CJNE A，ALARM，F(xiàn)F ；若有，轉(zhuǎn)FF SETB 05H ；無需報警，輸出綠燈亮模型根據(jù)圖4.5所示可寫出鍋爐軟件報警程序，如下所示：微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計 ORG234.1.2簡單報警程序的設(shè)計DONE1： MOV A，ALARM MOV P1，A RETFF： SETB 07H ；置電笛響標(biāo)志位 ATMP DONE1SAMP EQU 8100H LIMIT EQU30H ALARM EQU20HAA： JNC AOUT1 ；X1>MAX1轉(zhuǎn)AOUT1 AJMP ALARM1BB： JC AOUT2 ；X1<MIN1轉(zhuǎn)AOUT2 AJMP ALARM2CC： JNC AOUT3 ；X2>MAX2轉(zhuǎn)AOUT3 AJMP ALARM3DD： JC AOUT4 ；X2<MIN2轉(zhuǎn)AOUT4 AJMP ALARM4微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計DONE1： MOV A，244.1.2簡單報警程序的設(shè)計EE： JC AOUT5 ；X3<MIN3轉(zhuǎn)AOUT5 AJMP DONEAOUT1： SETB 00H ；置X1超上限報警標(biāo)志 AJMP ALARM2AOUT2： SETB 01H ；置X1超下限報警標(biāo)志 AJMP ALARM2AOUT3： SETB 02H ；置X2超上限報警標(biāo)志 AJMP ALARM4AOUT4： SETB 03H ；置X2超下限報警標(biāo)志 AJMP ALARM4AOUT5： SETB 04H ；置X1超下限報警標(biāo)志 AJMP DONE微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計EE： JC AOUT5 254.1.2簡單報警程序的設(shè)計2．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。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)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4.6所示。微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計2．硬件報警程序設(shè)計微機(jī)控制264.1.2簡單報警程序的設(shè)計在圖4—6中，SLl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是爐膛溫度上限超越結(jié)點(diǎn)。圖4—6硬件直接報警系統(tǒng)原理圖微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計在圖4—6中，SLl和SL2274.1.2簡單報警程序的設(shè)計 在圖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是爐膛溫度上限超越結(jié)點(diǎn)。當(dāng)各參數(shù)均處于正常范圍時，P1.3～P1.0各位均為高電平，不需要報警。但只要三個參數(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)P1.3～P1.0，然后從P1口的高4位輸出，完成超限報警的工作。本系統(tǒng)不用對參數(shù)進(jìn)行反復(fù)采樣、比較（與給定值），也無需專門確定報警模型。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。微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計 在圖4.6中，SL1和S284.1.2簡單報警程序的設(shè)計 ORG000H AJMPMAIN ；上電自動轉(zhuǎn)向主程序 ORG0003H ；外部中斷方式0入口地址 AJMPALARM ORG0200HMAIN： SETBIT0 ；選擇邊沿觸發(fā)方式 SETBEX0 ；允許外部中斷0 SETBEA ；CPU允許中斷HERE： SJMPHERE ；模擬主程序 ORG0210H ALARM： MOVA，#0FFH ；設(shè)P1口為輸入口 MOVP1，A MOVA，P1 ；取報警狀態(tài) SWAPA ；ACC.7～ACC.4←→ACC.3～ACC.0 MOVP1，A ；輸出報警信號 RETI根據(jù)圖4.6可寫出報警程序如下：微機(jī)控制技術(shù)4.1.2簡單報警程序的設(shè)計 ORG000H根據(jù)圖294.1.3越限報警程序的設(shè)計 前面講的報警程序是比較簡單的報警程序。為了避免測量值在極限值附近擺動造成頻繁地報警，可以在上、下限附近設(shè)定一個回差帶，如圖4.7所示。

微機(jī)控制技術(shù)4.1.3越限報警程序的設(shè)計 前面講的報警程序是比較304.1.3越限報警程序的設(shè)計圖4.7越限報警示意圖

P103微機(jī)控制技術(shù)4.1.3越限報警程序的設(shè)計圖4.7越限報警示意圖314.1.3越限報警程序的設(shè)計 在圖4.7中，H是上限帶，L為下限帶。規(guī)定只有當(dāng)被測量值越過A點(diǎn)時，才認(rèn)為越過上限；測量值穿越H帶區(qū)，下降到B點(diǎn)以下才承認(rèn)復(fù)限。同樣道理，測量值在L帶區(qū)內(nèi)擺動均不做超越下限處理；只有它回歸于D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值，而是允許一個“帶”。在帶區(qū)內(nèi)的值都認(rèn)為是正常的。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。微機(jī)控制技術(shù)4.1.3越限報警程序的設(shè)計 在圖4.7中，H是上限帶324.1.3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)鍋爐水位采樣并經(jīng)濾波處理后的值存放在以SAMP為起始地址的內(nèi)存單元中（設(shè)采樣值為12位數(shù)，占用兩個內(nèi)存單元）。上、下限報警及上、下限復(fù)位門限值分別存放在以ALADEG為首地址的內(nèi)存單元中。報警標(biāo)志單元為FLAG，其中D2位為越上限標(biāo)志位，D3位為越下限標(biāo)志位。其內(nèi)存分配，如圖4.8所示。微機(jī)控制技術(shù)4.1.3越限報警程序的設(shè)計 下面重新對鍋爐液位報警程334.1.3越限報警程序的設(shè)計圖4.8有關(guān)內(nèi)存的分配

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微機(jī)控制技術(shù)4.1.3越限報警程序的設(shè)計圖4.8有關(guān)內(nèi)存的分配344.1.3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。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4.9所示的是其程序的流程圖。微機(jī)控制技術(shù)4.1.3越限報警程序的設(shè)計 越限報警程序的基本思路是354.1.3越限報警程序的設(shè)計圖4.9越限報警子程序的流程P104微機(jī)控制技術(shù)4.1.3越限報警程序的設(shè)計圖4.9越限報警子程序的364.1.3越限報警程序的設(shè)計 ORG8000HACACHE:MOV R0，#SAMP ；采樣值首地址R0 MOV 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)BRAN1 MOV 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)BRAN2 MOV A，@RO ；取采樣值低8位 ACALL DUBSUB ；檢查下限報警值 JC RAN3 ；越下限，轉(zhuǎn)BRAN3 MOV A，@R0 ；取采樣值低8位 ACALL 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 43H根據(jù)圖4.9可寫出越限報警子程序如下：

微機(jī)控制技術(shù)4.1.3越限報警程序的設(shè)計 ORG8374.1.3越限報警程序的設(shè)計BRAN4: 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 BRAN4BRAN2: 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 AJMP BRAN4 DUBSUB: CLR C ；雙字節(jié)減法子程序 SUBB A，@R1 INC R0 INC R1 MOV A，·R0 SUBB A，@R1 INC R1 DEC R0 RET微機(jī)控制技術(shù)4.1.3越限報警程序的設(shè)計BRAN4: INC 2A384.1.3越限報警程序的設(shè)計 本程序輸出的報警模型及接口電路，可參看圖4.4自行設(shè)計。 報警標(biāo)志單元FLAG（28H）和越限、復(fù)位上、下限處理次數(shù)單元（2AH）在初始化程序中應(yīng)首先清零。 除了上面講的這種帶上、下限報警帶的報警處理程序外，還有各種各樣的報警處理程序，讀者可根據(jù)需要自行設(shè)計。微機(jī)控制技術(shù)4.1.3越限報警程序的設(shè)計 本程序輸出的報警模型及接394.2開關(guān)量輸出接口技術(shù)在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，被測參數(shù)經(jīng)采樣處理計算之后，為了達(dá)到自動控制的目的，往往需要輸出控制。由于輸出設(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（或CMOS）電平，這種電平一般不能直接用來驅(qū)動外部設(shè)備開啟或關(guān)閉。另一方面，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。因此，在接口處理中，一要放大，二要隔離，這是開關(guān)量輸出控制中必須認(rèn)真考慮并設(shè)法解決的兩個問題。在這一節(jié)中，主要介紹開關(guān)量接口問題。微機(jī)控制技術(shù)4.2開關(guān)量輸出接口技術(shù)在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，被404．2．1光電隔離技術(shù)在開關(guān)量控制中，最常用的器件是光電隔離器。光電隔離器的種類繁多，常用的有發(fā)光二極管/光敏三極管、發(fā)光二極管/光敏復(fù)合晶體管、發(fā)光二極管/光敏電阻，以及發(fā)光二極管/光觸發(fā)可控硅等。其原理電路，如圖4―10所示。微機(jī)控制技術(shù)4．2．1光電隔離技術(shù)在開關(guān)量控制中，最常用的器414．2．1光電隔離技術(shù)圖4―10光電隔離器原理圖P106微機(jī)控制技術(shù)4．2．1光電隔離技術(shù)圖4―10光電隔離器原理圖424．2．1光電隔離技術(shù)★當(dāng)發(fā)光二極管有正向電流通過時，即產(chǎn)生 紅外光。★光敏三極管接收光以后便導(dǎo)通?！锒?dāng)該電流撤去時，發(fā)光二極管熄滅，三極管截止。 利用這種特性即可達(dá)到開關(guān)控制的目的?！镌撈骷ㄟ^電—光—電的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對輸出設(shè)備進(jìn)行控制的，彼此之間沒有電氣連接，因而起到隔離作用，隔離電壓與光電隔離器的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)?！锼芰戏庋b形式一般為2500V左右，陶瓷封裝形式一般為 5000~10000V。★在一般微機(jī)控制系統(tǒng)中，由于大都采用TTL電平，不能直接驅(qū)動發(fā)光二極管，所以通常加一個驅(qū)動區(qū)，如7406和7407等。★輸入、輸出端兩個電源必須單獨(dú)供電，如圖4―11所示、圖4—12所示。微機(jī)控制技術(shù)4．2．1光電隔離技術(shù)★當(dāng)發(fā)光二極管有正向電流通過434．2．1光電隔離技術(shù)

圖4—11正確的隔離P107

微機(jī)控制技術(shù)4．2．1光電隔離技術(shù)圖4—11正確的隔離444．2．1光電隔離技術(shù)圖4—12不正確的隔離P107微機(jī)控制技術(shù)4．2．1光電隔離技術(shù)圖4—12不正確的隔離454.2.2繼電器輸出接口技術(shù) 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。當(dāng)線圈通電時，由于磁場的作用，使開關(guān)觸點(diǎn)閉合（或打開）。當(dāng)線圈不通電時，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開（或閉合）。一般線圈可以用直流低電壓控制（常用的有直流9V，12V，24V等）；而觸點(diǎn)輸出部分可以直接與市電（220V）連接；有時繼電器也可以與低壓電器配合使用。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。常用的接口電路，如圖4.13所示。微機(jī)控制技術(shù)4.2.2繼電器輸出接口技術(shù) 繼電器是電氣控制中常用的464.2.2繼電器輸出接口技術(shù)圖4.13繼電器接口電路P107微機(jī)控制技術(shù)4.2.2繼電器輸出接口技術(shù)圖4.13繼電器接口電路474.2.2繼電器輸出接口技術(shù) 如圖4.13中所示，當(dāng)開關(guān)量P1.0輸出為高電平時，經(jīng)反相驅(qū)動器7406變?yōu)榈碗娖?，使發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光敏三極管導(dǎo)通，進(jìn)而使三極管9013導(dǎo)通，因而使繼電器J的線圈通電，繼電器觸點(diǎn)J1-1閉合，使～220V電源接通。反之，當(dāng)P1.0輸出低電壓時，使J1-1斷開。圖中所示電阻R1為限流電阻，二極管D的作用是保護(hù)晶體管T。當(dāng)繼電器J吸合時，二極管D截止，不影響電路工作。繼電器釋放時，由于繼電器線圈存在電感，這時晶體管T已經(jīng)截止，所以會在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。微機(jī)控制技術(shù)4.2.2繼電器輸出接口技術(shù) 如圖4.13中所示，當(dāng)開484.2.2繼電器輸出接口技術(shù) 此電壓的極性為上負(fù)下正，正端接在晶體管的集電極上。當(dāng)感應(yīng)電壓與VCC之和大于晶體管T的集電極反向電壓時，晶體管T有可能損壞。加入二極管D后，繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流從二極管D流過，從而使晶體管T得到保護(hù)。微機(jī)控制技術(shù)4.2.2繼電器輸出接口技術(shù) 此電壓的極性為上負(fù)下正，494.2.2繼電器輸出接口技術(shù) 不同的繼電器，其線圈驅(qū)動電流的大小，以及帶動負(fù)載的能力不同，選用時應(yīng)考慮下列因素：

★繼電器額定工作電壓（或電流）；

★接點(diǎn)負(fù)荷；

★接點(diǎn)的數(shù)量或種類（常閉或常開）；

★繼電器的體積、封裝形式、工作環(huán)境、接點(diǎn)吸合 或釋放時間等。微機(jī)控制技術(shù)4.2.2繼電器輸出接口技術(shù) 不同的繼電器，其線圈驅(qū)動504．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)在繼電器控制中，由于采用電磁吸合方式，在開關(guān)瞬間，觸點(diǎn)容易產(chǎn)生火花，從而引起干擾；對于交流高壓等場合，觸點(diǎn)還容易氧化，因而影響系統(tǒng)的可靠性。所以隨著微型機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，人們又研究出一種新型的輸出控制器件——固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器（SolidStateRelay）簡稱SSR。它是用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)，而在前級把光電隔離器熔為一體，因此，固態(tài)繼電器實際上是一種帶光電隔離器的無觸點(diǎn)開關(guān)。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，固態(tài)繼電器有直流型固態(tài)繼電器和交流型固態(tài)繼電器之分。由于固態(tài)繼電器輸入控制電流小，輸出無觸點(diǎn)，所以與電磁式繼電器相比，具有體積小、重量輕、無機(jī)械噪聲、無抖動和回跳、開關(guān)速度快、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此，在微機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，大有取代電磁繼電器之勢。微機(jī)控制技術(shù)4．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)在繼電器控制中514．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)

1．直流型SSR 由圖中可以看出，其輸入端是一個光電隔離器，因此，可用OC門或晶體管直接驅(qū)動。它的輸出端經(jīng)整型放大后帶動大功率晶體管輸出，輸出工作電壓可達(dá)30～180V（5V開始工作）。微機(jī)控制技術(shù)4．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)1．直流型SS524．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)

圖4—14直流型SSR原理圖P108微機(jī)控制技術(shù)4．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)圖4—14直流型S534．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)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。圖4—15所示為采用直流SSR控制三相步進(jìn)電機(jī)原理電路圖。微機(jī)控制技術(shù)4．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)直流SSR主要544．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)圖中A、B、C為步進(jìn)電機(jī)的三相，只要按著一定的通電順序，即可實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制，詳見本章第四節(jié)。

圖4—15步進(jìn)電機(jī)控制原理圖P190微機(jī)控制技術(shù)4．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)圖中A、554．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)

2.交流型SSR 交流型SSR又可分為過零型和移相型兩類。它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。其原理電路，如圖4—16所示。

★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。微機(jī)控制技術(shù)4．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)2.交流型SSR微機(jī)564．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)

圖4—16交流過零型SSR原理圖P109微機(jī)控制技術(shù)4．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)圖4—16交流過零574．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)一個交流型SSR控制單向交流控制電機(jī)的實例如圖4—18所示。圖中，改變交流電機(jī)通電繞組，即可控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。例如用它控制流量調(diào)節(jié)閥的開和關(guān)，從而實現(xiàn)控制管道中流體流量的目的。微機(jī)控制技術(shù)4．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)一個交流型SSR584．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)

圖4-18用交流SSR控制交流電機(jī)原理圖P110微機(jī)控制技術(shù)4．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)圖4-18用交流S594．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)在圖4—18中，當(dāng)控制端PC0輸出為低電平時，經(jīng)反相后，使上邊的SSR導(dǎo)通，下的SSR截止使交流電通過A相繞組正轉(zhuǎn)；反之，如果PC0輸出高電平，則上邊SSR的截止，下邊的SSR導(dǎo)通，使交流電流經(jīng)B相，電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖中Rp、Cp組成浪涌電壓吸收回路，通常Rp為100Ω左右，CP為0．1μF。RM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1．6～1．9倍，市售有專門適用于交流220V或380V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電流微機(jī)控制技術(shù)4．2．3固態(tài)繼電器輸出接口技術(shù)在圖4—18中，604．2．4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微機(jī)控制技術(shù)4．2．4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614．2．4大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)大功率場效管的表示符號如圖4—19所示其中，G為控制柵極，D為漏極，S為源極。對于NPN型場效應(yīng)管來講，當(dāng)G為高電平時，源極與漏極導(dǎo)通，允許電流通過，否則，場效應(yīng)管關(guān)斷。值得說明的是，由于大功率場效應(yīng)管本身沒有隔離作用，故使用時為了防止高壓對微型機(jī)系統(tǒng)的干擾和破壞，通常在它的前邊加一級光電隔離器，如4N25、TIL113等微機(jī)控制技術(shù)4．2．4大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)大功率場效管624．2．4大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)

圖4—19大功率場效應(yīng)管的表示符號P111微機(jī)控制技術(shù)4．2．4大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)圖4—19大功634．2．4大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)利用大功率場效應(yīng)管可以實現(xiàn)圖4—15所示的步進(jìn)電機(jī)控制。其原理電路如圖4—20所示圖中，當(dāng)某一控制輸出端（如PC0）輸出為高電平時，經(jīng)反相器7406變?yōu)榈碗娖?，使光電隔離器，通電并導(dǎo)通，從而使電阻R1（R2或R3）輸出為高電平，控制場效應(yīng)管IRF640導(dǎo)通，使A相（B相或C相）通電；反之，當(dāng)P1．0為低電平時，則IRF640截止，A相無電流通過。改變步進(jìn)電機(jī)A、B、C三相的通電順序，便可實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制，詳見本章第四節(jié)，圖中的RP、CP、D均為保護(hù)元件。其作用與前邊講過的相同。微機(jī)控制技術(shù)4．2．4大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)利用大功率場644．2．4大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)

圖4—20采用大功率場效應(yīng)管的步進(jìn)電機(jī)控制電路原理圖P111微機(jī)控制技術(shù)4．2．4大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口技術(shù)圖4—20采用654.2.5可控硅接口技術(shù) 可控硅（SiliconControlledRectifier）簡稱SCR，是一種大功率電器元件，也稱晶閘管。它具有體積小，效率高，壽命長等優(yōu)點(diǎn)。在自動控制系統(tǒng)中，可作為大功率驅(qū)動器件，實現(xiàn)用小功率控件控制大功率設(shè)備。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。微機(jī)控制技術(shù)4.2.5可控硅接口技術(shù) 可控硅（SiliconCo664.2.5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。1.單向可控硅 單向可控硅的表示符號，如圖4.21（a）所示。它有3個引腳，其中A為陽極，K為陰極，G為控制極。它由4層半導(dǎo)體材料組成，可等效于P1N1P2和N1P2N2兩個三極管，如圖4.21（b）所示。微機(jī)控制技術(shù)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兩674.2.5可控硅接口技術(shù)圖4.21可控硅結(jié)構(gòu)

P112微機(jī)控制技術(shù)4.2.5可控硅接口技術(shù)圖4.21可控硅結(jié)構(gòu)684.2.5可控硅接口技術(shù) 從圖4.21（a）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，但它們的工作原理卻有所不同。當(dāng)陽極電位高于陰極電位且控制極電流增大到一定值（觸發(fā)電流）時，可控硅由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。一旦導(dǎo)通后，Ig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4.22所示。 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。微機(jī)控制技術(shù)4.2.5可控硅接口技術(shù) 從圖4.21（a）所示中看出694.2.5可控硅接口技術(shù)圖4.22可控硅輸出特性p112微機(jī)控制技術(shù)4.2.5可控硅接口技術(shù)圖4.22可控硅輸出特性704.2.5可控硅接口技術(shù)2.雙向可控硅 雙向可控硅也叫三端雙向可控硅，簡稱TRIAC。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4.23所示。這種可控硅具有雙向?qū)üδ?。其通斷狀態(tài)由控制極G決定。在控制極G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。微機(jī)控制技術(shù)4.2.5可控硅接口技術(shù)2.雙向可控硅微機(jī)控制技術(shù)714.2.5可控硅接口技術(shù)圖4.23雙向可控硅的符號、結(jié)構(gòu)及伏安特性p113微機(jī)控制技術(shù)4.2.5可控硅接口技術(shù)圖4.23雙向可控硅的符號、724.2.5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4V；脈沖寬度應(yīng)大于20s。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接I/O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)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4.24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。微機(jī)控制技術(shù)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734.2.5可控硅接口技術(shù)圖4.24可控硅加熱爐控制系統(tǒng)的原理p113微機(jī)控制技術(shù)4.2.5可控硅接口技術(shù)圖4.24可控硅加熱爐控制系744．2．6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4—25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，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)。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)。這樣，就控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12V、24V、48V。

微機(jī)控制技術(shù)4．2．6電磁閥接口技術(shù)電磁閥是在氣體或液體流動754．2．6電磁閥接口技術(shù)

圖4—25電磁閥結(jié)構(gòu)原理圖p114微機(jī)控制技術(shù)4．2．6電磁閥接口技術(shù)圖4—25電磁閥結(jié)構(gòu)原理圖764．2．6電磁閥接口技術(shù)

電磁閥種類很多，常用的換向閥有兩位三通、兩位四通、三位四通等。這里所謂的位是指滑閥位置，通指流體的通路。由于電磁閥也是由線圈的通斷電來控制的，其工作原理與繼電器基本相通，只是帶動活動閥芯運(yùn)動而已，故其與微型機(jī)的接口與繼電器相同，也是由光電隔離及開關(guān)電路等來控制的，關(guān)于直流型電磁閥的應(yīng)用請參閱本節(jié)繼電器接口部分。微機(jī)控制技術(shù)4．2．6電磁閥接口技術(shù)電磁閥種類很多，常用的換向774．2．6電磁閥接口技術(shù)對于交流電磁閥由于線圈要求是交流電，所以通常使用雙問可控硅驅(qū)動或使用一個直流繼電器作為中間繼電器控制。圖4—26為交流電磁閥接口電路圖。微機(jī)控制技術(shù)4．2．6電磁閥接口技術(shù)對于交流電磁閥由于線圈784．2．6電磁閥接口技術(shù)

圖4—26交流電磁閥接口電路p114微機(jī)控制技術(shù)4．2．6電磁閥接口技術(shù)圖4—26交流電磁閥接口電794．2．6電磁閥接口技術(shù)

圖中交流電磁閥圈由雙向可控硅KS驅(qū)動。KS的選擇要滿足：額定工作電流為交流電磁閥線圈工作電流的2～3倍；額定工作電壓為交流電磁閥線圈電壓的2～3倍。對于中小尺寸～220V工作電壓的交流電磁閥，可以選擇3A、600V的雙向可控硅。光電隔離器MOC3041的作用是觸發(fā)雙向晶閘管KS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7407，電單片機(jī)8031的P1.0腳控制。當(dāng)P1.0輸出為低電平時，雙向晶閘管KS導(dǎo)通，電磁閥吸合；PC0輸出高電平時，雙向晶閘管KS關(guān)斷，電磁閥釋放。MOC3041內(nèi)部帶有過零電路，因此，雙向晶閘管KS工作在過零觸發(fā)方式微機(jī)控制技術(shù)4．2．6電磁閥接口技術(shù)圖中交流電磁閥圈由雙向804.3電機(jī)控制接口技術(shù)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中，電機(jī)的應(yīng)用是非常廣泛的。在工業(yè)企業(yè)中，大量應(yīng)用電機(jī)作為原動機(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，都要用大大小小的電機(jī)來拖動；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。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對電機(jī)拖動系統(tǒng)提出的要求也愈來愈高，如要求提高加工精度及工作速度，要求快速啟動、制動及逆轉(zhuǎn)，實現(xiàn)在很寬范圍內(nèi)的調(diào)速和整個生產(chǎn)過程自動化等。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)。微機(jī)控制技術(shù)4.3電機(jī)控制接口技術(shù)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中，電機(jī)的應(yīng)814.3電機(jī)控制接口技術(shù)

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)控制裝置也正向集成化、小型化、微型化、智能化的方向發(fā)展。特別是近年來，由于微型計算機(jī)及單片機(jī)的發(fā)展，使電機(jī)控制發(fā)生了革命性的飛躍。微型計算機(jī)對現(xiàn)代電機(jī)控制產(chǎn)生了巨大的影響。本節(jié)主要講述小功率直流電機(jī)控制原理。微機(jī)控制技術(shù)4.3電機(jī)控制接口技術(shù)電機(jī)控制發(fā)展歷程：微機(jī)控制技824．3．1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)：如圖4—27（a）所示。圖4—27脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖微機(jī)控制技術(shù)4．3．1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)：微機(jī)834．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理圖4—27脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖p116微機(jī)控制技術(shù)4．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理圖4—27脈沖寬度調(diào)844．3．1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?！镛D(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。微機(jī)控制技術(shù)4．3．1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854．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理在勵磁式直流伺服電機(jī)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓Ua決定。在勵磁電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時，電樞電壓越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速就越快；電樞電壓Ua降至0V時，電機(jī)就仃轉(zhuǎn)；改變電樞電壓的級性，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。因此，小功率直流電機(jī)的調(diào)速可以通過控制電樞電壓來實現(xiàn)。對小功率直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使用微型機(jī)或單片機(jī)是極為方便的，其方法是通過改變電機(jī)電樞電壓接通或斷開時間的比值（即占空比）來控制馬達(dá)速度的，這種方法稱為脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation）簡稱PWM，PWM調(diào)速原理如圖4—27所示。微機(jī)控制技術(shù)4．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理在勵磁式直流伺服864．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理圖4.27脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖p116微機(jī)控制技術(shù)4．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理圖4.27脈874．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理在脈沖作用下，當(dāng)馬達(dá)通電時，速度增加；馬達(dá)斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電時間，即可使馬達(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，其轉(zhuǎn)速為最大Vmax，占空比D=t1/T，則電機(jī)的平均速度為

Vd＝Vmax·D(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4—28所示。微機(jī)控制技術(shù)4．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理在脈沖作用下，884．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理圖4—28平均速度與占空比的關(guān)系p117

微機(jī)控制技術(shù)4．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理圖4—28平均速度與894．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理由圖4—28可以看出，Vd與占空比D并不是完全線性關(guān)系（圖中實線），但可以將其近似地看成線性關(guān)系（如圖4—28的虛線所示）微機(jī)控制技術(shù)4．3．1小功率直流電機(jī)調(diào)速原理由圖4—28可904．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)1．開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)的組成開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖，如圖4—29所示。

微機(jī)控制技術(shù)4．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)1．開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)的914．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4—29開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖p117微機(jī)控制技術(shù)4．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4—29開環(huán)脈沖寬度924．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)它由五部分組成。（1）占空比D的設(shè)定占空比D由人工設(shè)定，具體實現(xiàn)方法如下：通過開關(guān)給定，用每位開關(guān)的狀態(tài)表示“1”或“0”組成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。由電位器給定，可以從電位器中取一電位然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器接到微型機(jī)的I/O接口（如8155），把模擬量電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量作為給定值。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)。微機(jī)控制技術(shù)4．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)它由五部分組成。微機(jī)控制技934．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)（2）脈沖寬度發(fā)生器由計算機(jī)根據(jù)給定平均速度，計算出占空比，用軟件編程方法來實現(xiàn)。（3）電子開關(guān)用來接通或斷開電機(jī)定子電源，可用上一節(jié)講的大功率場效應(yīng)管開關(guān)、固態(tài)繼電器或可控硅控制。一般需要加光電隔離器。（4）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，以便用來控制電機(jī)定子電壓接通或斷開的時間。通常由放大器或繼電器組成，也可由TTL集成電路組成驅(qū)動器構(gòu)成。（6）電機(jī)被控對象，用以帶動被控裝置。微機(jī)控制技術(shù)4．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)（2）脈沖寬度發(fā)生器微機(jī)控944．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)2．電機(jī)控制接口隨著電子技術(shù)以及計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)出許多種可供直流電流控制接口的元器件，如固態(tài)電器、大功率場效應(yīng)管、專用接口芯片（如L290、L291、L292）以及專用接口板，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；微機(jī)控制技術(shù)4．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)2．電機(jī)控制接口954．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)前兩種方法成本低，適用于自行開發(fā)的微型機(jī)系統(tǒng)，第三種價格比較貴，但可靠性比較好，而且設(shè)計電路簡單，國外大多采用這種方法；第四種方法適用于STD或PC總線工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)，用戶只需購買同一總線現(xiàn)成的控制版即可，因而可節(jié)省大量的開發(fā)時間。圖4—30所示為采用固態(tài)繼電器接口電機(jī)控制電路原理圖微機(jī)控制技術(shù)4．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)前兩種方法成本低964．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)

圖4—30采用固態(tài)繼電器的直流電機(jī)接口方法P118微機(jī)控制技術(shù)4．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4—30采用固態(tài)繼974．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4—30中，管腳經(jīng)限流電阻R接＋5V直流電流。I/O接口的控制管腳，例如PC0，經(jīng)驅(qū)動器7406接到固態(tài)繼電器第④管腳。當(dāng)PC0輸出為高平電時，經(jīng)反問驅(qū)動器7406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)繞組通電。反之，當(dāng)PC0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，因而直流電機(jī)繞組沒有電流通過。圖中D1為固態(tài)繼電器內(nèi)部的保護(hù)電路，D2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。微機(jī)控制技術(shù)4．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4—30中，管腳984．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)近年來，為了滿足與STD總線及PC總線工業(yè)控制機(jī)擴(kuò)展的需要，許多工業(yè)控制機(jī)生產(chǎn)商已經(jīng)開發(fā)生產(chǎn)出各種控制交、直流電機(jī)的專門控制板。微機(jī)控制技術(shù)4．3．2開環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)近年來，為了滿足994．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計圖4—31帶方向控制的直流電機(jī)控制原理圖

P119

微機(jī)控制技術(shù)4．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計圖4—31帶方向控制的直流1004．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計由圖4.3，雙向直流電機(jī)控制原理

★開關(guān)SW1和SW4閉合時，電機(jī)全速正轉(zhuǎn)；

★開關(guān)SW2和SW3閉合時，馬達(dá)全速反轉(zhuǎn)。

★SW2和SW4（或SW1和SW4）閉合時， 電機(jī)繞組被短路，電機(jī)處于剎車工作狀 態(tài)。

★若將四個開關(guān)全部打開，電機(jī)將自由滑 行。

微機(jī)控制技術(shù)4．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計由圖4.3，雙向直流電1014．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計1．控制接口電路 一個完整的雙向直流電機(jī)控制接口電路如圖4.32所示。

如圖4.32中所示，采用8155作為并行接口電路。設(shè)8155A口為輸出方式，B口和C口為輸入方式。A口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IRF640（圖中用SW1～SW4表示）。微機(jī)控制技術(shù)4．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計1．控制接口電路微機(jī)控制技1024．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 當(dāng)單片機(jī)經(jīng)8155接口輸出02H控制模型（PA1＝1，PA0＝0）時，由于鎖存器74LS125中三態(tài)門2#是打開的，所以光電隔離器LEI4導(dǎo)通并發(fā)光，光敏三極管輸出為高電平，因而使大功率場效應(yīng)開關(guān)管IRF640（SW4）導(dǎo)通。同理，74LS1254#三態(tài)門輸出為“0”，使得3#門的控制端也為“0”電平，因此，3#三態(tài)門打開，使光電隔離器LEI1發(fā)光并導(dǎo)通，因而使SW1導(dǎo)通。同理可分析，此時SW2和SW3是關(guān)斷的。因此，電流從左至右流過直流電機(jī)，使電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)PA1和PA0端口輸出為01H控制模型時，則鎖存器74LS125中的2#，3#三態(tài)門打開，使得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)。微機(jī)控制技術(shù)4．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 當(dāng)單片機(jī)經(jīng)8155接口輸1034．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 同理可決定出剎車及滑行時的控制模型分別為03H，00H。 為了實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)速，用8155B口控制的8個開關(guān)提供脈沖寬度給定值N。C口的PC0和PC1各接一個單刀雙擲開關(guān)。PC0位為方向控制位，當(dāng)PC0＝0時，電機(jī)正向運(yùn)行；PC0＝1時，電機(jī)反轉(zhuǎn)。PC1位用來控制電機(jī)的啟動和停止，若PC1＝0，電機(jī)啟動；當(dāng)PC1＝1時，電機(jī)停止。微機(jī)控制技術(shù)4．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 同理可決定出剎車及滑行時104圖4.32雙向電機(jī)控制接口電路圖P1204．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計微機(jī)控制技術(shù)圖4.32雙向電機(jī)控制接口電路圖P1204．3．1054．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計2．控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 對如圖4.32所示的雙向電機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計的基本思想是，首先對8155初始化，設(shè)其A口為輸出方式，B口、C口為輸入方式，然后分別讀入給定值N和方向控制標(biāo)志。接著進(jìn)行啟動判斷，決定是否啟動電機(jī)。如不需要啟動，則繼續(xù)檢查；若需要啟動，還需進(jìn)一步判斷設(shè)置的電機(jī)轉(zhuǎn)動方向，然后按照要求輸出正向（或反向）控制代碼，并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；一旦達(dá)到給定值，便輸出剎車（或滑行）代碼。此后，繼續(xù)重復(fù)上述過程，即可達(dá)到給定的電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度。其程序流程圖，如圖4.33所示。微機(jī)控制技術(shù)4．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計2．控制系統(tǒng)軟件設(shè)計微機(jī)控制1064．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

圖4—33雙向電機(jī)控制程序流程圖微機(jī)控制技術(shù)4．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計圖4—33雙向電機(jī)控制1074．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 ORG 8000HSTART：MOV DPTR，#0FD00H ；指向8155控制口 MOV A，#01H ；設(shè)8155A口為輸出，B口、C口為輸入 MOVX @DPTR，ALOOP：MOV DPTR，#0FD02H ；指向8155B口，讀入并存儲給定值N MOVX A，@DPTR MOV 20H，A CPL A ；計算并存儲

INC A MOV 21H，A MOV DPTR，#0FD03H ；指向8155C口，讀入狀態(tài)標(biāo)志 MOVX A，@DPTR JB ACC.0，INVERT ；判電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。反向，轉(zhuǎn)INVERT MOV A，#02H ；取正向代碼OUTPUT：MOV DPTR，#0FD01H ；指向8155A口，輸出控制代碼 MOVX @DPTR，A MOV 22H，20H ；延時t1微機(jī)控制技術(shù)4．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 ORG 8000H1084．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

DELAY1：ACALLDELAY0 DJNZ 22H，DELAY1 MOVA，#00H ；輸出滑行代碼 MOVX@DPTR，A MOV 23H，21H ；延時t2DELAY2：ACALLDELAY0 DJNZ 23H，DELAY12 AJMP LOOPSTOP：MOV A，03H ；輸出剎車代碼 MOV DPTR，#0FD01H；指向8155A口，輸出剎車代碼 MOVX @DPTR，A AJMP LOOPINVENT：MOV A，01H ；輸出反向代碼 AJMP OUTPUTDELAY0:（略）

；軟件延時程序

微機(jī)控制技術(shù)4．3．3PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計DELAY1：AC1094.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 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)。閉環(huán)系統(tǒng)是在開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了電機(jī)速度檢測回路，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)。其原理框圖，如圖4.34所示。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 為了提高電機(jī)脈沖寬度1104.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4.34采用微型計算機(jī)的電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4.34采用微型計算1114.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的方法也在不斷地更新與完善。現(xiàn)在已經(jīng)由模擬量速度測量傳感器逐漸向數(shù)字式傳感器發(fā)展。常用的轉(zhuǎn)速傳感器有測速發(fā)電機(jī)、光電碼盤、電磁式碼盤、光柵，以及霍爾元件等。下面介紹兩種常用的轉(zhuǎn)速測量傳感器。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電1124.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)1．測速發(fā)電機(jī) 測速發(fā)電機(jī)是一種將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。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)和交流測速發(fā)電機(jī)兩種。 交流測速發(fā)電機(jī)分為同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī)兩種形式。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。 杯形轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機(jī)的原理，如圖4.35所示。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)1．測速發(fā)電機(jī)微機(jī)控制技術(shù)1134.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4.35杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)原理圖P124

微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4.35杯形轉(zhuǎn)子異步1144.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)

如圖4.35中所示，當(dāng)激磁繞組W1通以頻率為f1的交流電壓時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在測速發(fā)電機(jī)內(nèi)，外定子的氣隙中會產(chǎn)生一個頻率為f1的脈振磁通，其方向與W1杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)繞組軸線一致。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，由于磁通的方向與輸出繞組W2的軸線垂直，故W2中的感應(yīng)電壓＝0。當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時，見圖4.35（b），杯形轉(zhuǎn)子將切割磁力線，從而產(chǎn)生感生電勢及電流。同時，轉(zhuǎn)子也將產(chǎn)生磁通，在空間的位置與輸出繞組W2的軸線一致，因而使W2繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢。W2的電勢是與磁通變化一致的。而磁通的變化頻率又是與激磁電壓V1的頻率f1相一致的，故W2繞組所產(chǎn)生的電勢的頻率f2與的頻率f1相同（與轉(zhuǎn)子無關(guān)），輸出電壓的幅值與轉(zhuǎn)子的速度成正比。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 如圖4.35中所示，當(dāng)1154.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 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4.36所示。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反時，輸出電壓1164.3.4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P124

微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4.36交流異步測速1174.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 如圖4.36中所示，直線1為理想的空載輸出特性曲線。但因為轉(zhuǎn)子以n的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，除了在輸出繞組W2中產(chǎn)生變壓器電勢外，還在杯形轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出大小與和n的乘積成正比（其中，又正比于n），方向與變壓器電勢相同的附加電勢，并引起附加切割電流，該電流產(chǎn)生的磁通方向相反，因而減弱了，從而破壞了輸出電壓與轉(zhuǎn)速的線性關(guān)系，使輸出下降，其結(jié)果如圖4.36中1＇曲線所示。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 如圖4.36中所示，直1184.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 當(dāng)測速發(fā)電機(jī)輸出繞組在負(fù)載阻抗為Z1時，便有輸出電流。此時，由于繞組W2的內(nèi)阻作用，使其輸出降低，如圖4.36中曲線2＇所示。由此可見，異步測速發(fā)電機(jī)的輸出特性實際上是非線性的，必要時可采取一定的補(bǔ)償措施。在速度和位置控制系統(tǒng)中，也可采用計算機(jī)進(jìn)行非線性補(bǔ)償。 直流測速發(fā)電機(jī)也是一種測速傳感器。根據(jù)激磁方式不同，直流測速發(fā)電機(jī)又可分電磁式和永磁式兩種。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。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。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 當(dāng)測速發(fā)電機(jī)輸出繞組在1194.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 圖4.37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4.34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，而是采用模擬量速度傳感器—測速發(fā)電機(jī)進(jìn)行測量。因此系統(tǒng)增加一個A/D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，且價格比較便宜。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 圖4.37所示為采用測1204.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4.37直流脈寬可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖P125

微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4.37直流脈寬可逆1214.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 微型計算機(jī)按PID調(diào)節(jié)算式計算的結(jié)果，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量，再經(jīng)電壓變換器轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制發(fā)生器需要的電壓。脈寬調(diào)制發(fā)生器采用CW3524集成電路，其最高頻率可調(diào)至100kHz以上。調(diào)制后的脈沖寬度控制信號經(jīng)脈沖分配器、驅(qū)動器輸出后，用來控制直流可逆電機(jī)。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 微型計算機(jī)按PID調(diào)節(jié)1224.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)2．?dāng)?shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器 數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器，是把旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速直接變成數(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。 這種轉(zhuǎn)速傳感器所用的碼盤一般為按一定規(guī)律分布著透明狹縫的圓盤，這些碼盤可做成增量式或絕對式。由于增量式碼盤量具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低，而且精度容易保證等優(yōu)點(diǎn)，所以目前應(yīng)用最多。 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。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)2．?dāng)?shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器微機(jī)控1234.3.4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)P126微機(jī)控制技術(shù)14.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)圖4.38透明式光電碼1244.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)如圖4.38（a）所示為增量式碼盤結(jié)構(gòu)示意圖，它由光源、透鏡、測量盤、讀數(shù)盤及光敏元件組成。由光源發(fā)射出的光線，經(jīng)透鏡聚焦后，透過測量盤與讀數(shù)盤照射到光敏元件上。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。此脈沖一方面可以送到數(shù)字式速度計進(jìn)行計量，另一方面，也可以送入計算機(jī)，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)）；

NC——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。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)如圖4.38（a）所示為增1254.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 式（4-2）中，當(dāng)系統(tǒng)確定后，n即為已知。所以只要測出t1時間內(nèi)的脈沖數(shù)NC，便可計算機(jī)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 采用增量式碼盤的微型計算機(jī)系統(tǒng)，通常定時時間及計數(shù)工作均由定時器/計數(shù)器來完成。定時器/計數(shù)器每隔t1時間向處理器申請一次中斷，CPU在中斷服務(wù)程序中讀取脈沖的計數(shù)值NC，再按式（4-2）計算出轉(zhuǎn)速r。當(dāng)然，也可以采用軟件的方法記錄t1時間內(nèi)的脈沖個數(shù)。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 式（4-2）中，當(dāng)系統(tǒng)1264.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 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。微機(jī)控制技術(shù)4.3.4閉環(huán)脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng) 絕對式光電碼盤上分透明1274.3.5交流電機(jī)控制接口技術(shù) 在微型計算機(jī)控制系統(tǒng)中，除了直流電機(jī)以外，交流電機(jī)的應(yīng)用也