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

1、微控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī),步進(jìn)電機(jī),PROTEUS仿真,PROTEUS仿真,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,情境六 電機(jī) 項(xiàng)目一 步進(jìn)電機(jī)（1） -學(xué)習(xí)步進(jìn)電機(jī),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(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)最適合數(shù)字控制，因此在數(shù)控機(jī)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(jī)（直流電機(jī)）都是連續(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(chēng)之為步進(jìn)電機(jī)。 每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖后，步進(jìn)

2、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(shuō)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)。 可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的； 可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)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。 因此在需要準(zhǔn)確定位或調(diào)速控制時(shí)均可考慮使用步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的這些特性非常適合單片機(jī)控制，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生，步進(jìn)電機(jī)則根據(jù)控制信號(hào)來(lái)動(dòng)作。,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,二、步進(jìn)電機(jī)的工作原理,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。,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,步進(jìn)電機(jī)按相數(shù)（線(xiàn)圈個(gè)數(shù)）分為單相、雙相、多相，以3

3、相為例。 定子的通電方式 稱(chēng)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(lái)時(shí)，如果按A-B-C-A.的順序通電，則電機(jī)轉(zhuǎn)子便按逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這種通電方式成為1相勵(lì)磁方式。 如果按A-C-BA.的順序通電，則電機(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 BAACCBBA,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,3. 1-2相勵(lì)磁方式 當(dāng)脈沖一個(gè)一個(gè)發(fā)來(lái)時(shí)，如果按A-A、B-B- B、C-C- C、A-.的順序通電，則電機(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 AACCCBB

4、BAA,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,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(xiàn)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(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)。 3.步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移。 4.電壓：5VDC,12VDC 5.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(xiàn)四相八拍步進(jìn)電機(jī),徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,5線(xiàn)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

5、 3 0010 02 4 0110 06 5 0100 04 6 1100 C0 7 1000 80 8 1001 90 5線(xiàn)：5根線(xiàn)，1根（紅色）為電源線(xiàn)，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，電機(jī)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(gè)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(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(lái)的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，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(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）、工作電壓高（大于50V）

7、、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)（輸出電流大于500mA）等特點(diǎn),適應(yīng)于各類(lèi)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保護(hù)作用,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,例：通過(guò)按鍵，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止,微控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)名詞 相數(shù) 拍數(shù) 勵(lì)磁方式 步距角 3.驅(qū)動(dòng)：ULN2003 4.正反轉(zhuǎn)：送脈沖的順序 角度：送脈沖個(gè)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(jī),徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,一、簡(jiǎn)介 在直流電機(jī)的兩電刷端加上直流電壓，將電能

8、輸入電樞，機(jī)械能就從電機(jī)軸上輸出，拖動(dòng)生產(chǎn)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(chǎng)，轉(zhuǎn)子在定子磁場(chǎng)作用下得到轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)起來(lái)。 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速由電樞（即轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈）電壓決定。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)。 改變電樞電壓的極性，電機(jī)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(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(xiàn)圈）電壓決定，通過(guò)調(diào)整電樞電壓來(lái)實(shí)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(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(xiě)，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(lái)接通和斷開(kāi)電源，把直流電壓變成電壓脈沖序列，根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)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(jī)的PWM調(diào)速 把PWM信號(hào)加到直流電機(jī)上 通過(guò)改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間來(lái)改變PWM脈寬，改變直流電機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時(shí)間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。

10、 設(shè)占空比為D，設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax, ，則電機(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)我們改變占空比D=t1T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)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(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(lái)控制。 1.H橋控制電路 可應(yīng)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)。 它的形狀酷似字母H 要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線(xiàn)上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，

11、從而控制電機(jī)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(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)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(guò)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?chē)募^指示為順時(shí)針?lè)较颍?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(guò)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(guò)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?chē)募^表示為逆時(shí)針?lè)较颍?徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,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(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器、線(xiàn)圈、直流電動(dòng)機(jī)步

12、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2個(gè)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(gè)引腳之間可以接2個(gè)直流電機(jī).,徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,IN1、IN2、IN3、IN4引腳通過(guò)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，該端口一般和單片機(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,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(xiàng)目要求：設(shè)計(jì)

13、一個(gè)小車(chē)的控制器，可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)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(gè)說(shuō)明問(wèn)題：,1.獨(dú)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(shí)器來(lái)產(chǎn)生？ 根據(jù)PWM波的周期及占空比變化快慢來(lái)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)行統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)，計(jì)滿(mǎn)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). 通過(guò)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(gè)單位（持續(xù)時(shí)間200us），則