单片机项目实践教程刘燎原项目八电机模块PPT课件

1、徐州建筑职业技术学院 直流电机步进电机电机模块电机模块PROTEUS仿真PROTEUS仿真第1页/共28页徐州建筑职业技术学院 情境六 电机 项目一 步进电机（1） -学习步进电机第2页/共28页徐州建筑职业技术学院 在工业控制系统中，通常要控制机械部件的平移和转动，这些机械部件的驱动大部分都采用交流电机、直流电机、步进电机。在这三种电机中，步进电机最适合数字控制，因此在数控机床、家用电器、精密仪器中得到广泛应用。第3页/共28页徐州建筑职业技术学院一、概述 一般电机（直流电机）都是连续运转的，而步进电机却是一步一步地转动，故称之为步进电机。 每当步进电机的驱动器接收到一个驱动脉冲后，步进电机

2、将会按照设定的方向转动一个固定的角度。 所以说步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的； 可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达调速的目的。 因此在需要准确定位或调速控制时均可考虑使用步进电机。 步进电机的这些特性非常适合单片机控制，控制信号由单片机产生，步进电机则根据控制信号来动作。第4页/共28页徐州建筑职业技术学院 二、步进电机的工作原理AABBCC步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。第5页/共28页徐州建筑职业技术学院步进电机按相数（线圈个

3、数）分为单相、双相、多相，以3相为例。 称为励磁方式。1. 1相励磁方式A相通电； B相通电； C相通电；当脉冲一个一个发来时，如果按A-B-C-A.的顺序通电，则电机转子便按逆时针转动，这种通电方式成为1相励磁方式。如果按A-C-BA.的顺序通电，则电机转子便按逆时针转动2. 2相励磁方式第6页/共28页徐州建筑职业技术学院3. 1-2相励磁方式当脉冲一个一个发来时，如果按A-A、B-B- B、C-C- C、A-.的顺序通电，则电机转子便按顺时针转动，这种通电方式成为1-2相励磁方式。第7页/共28页徐州建筑职业技术学院三三. . 步进电动机主要参数1.步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数

4、，目前常用的有两相、三相、五相步进电机。2.拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数，用m表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。3.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。4.电压：5VDC,12VDC5.减速比：减速电机。内部转子/外部转轴 例如减速比为1/64，是指内部转子转64圈，外部转1圈。例如上图为28BYJ48型5线四相八拍步进电机第8页/共28页徐州建筑职业技术学院 5线四相八拍，相序表如下： P1.3210拍数 DCBA（脉冲） 对应值 1 0001 01 2 0011 03 3 0010 02 4 0110 06 5 0100 04 6 1100 C0 7 1000

5、80 8 1001 90 5线：5根线，1根（红色）为电源线，其他4根分别为，和单片机的I/O口相连每给一个脉冲，电机内部的转子转一个角度（步距角5.625），当给8个脉冲，电机内部转子转一齿距（8*5.625=45）。 如果内部转子要转一圈，需要转360/45=8个齿距。正转反转第9页/共28页徐州建筑职业技术学院 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

6、; . for(i=0;i8;i+) for( j=0;j8;j+) P1=zz j;delay(); 内部转子转1圈第10页/共28页徐州建筑职业技术学院 四、步进电机的驱动 步进驱动器：是一种能使步进电机运转的功率放大器，能把控制器发来的脉冲信号转化为步进电机的角位移，电机的转速与脉冲频率成正比，所以控制脉冲频率可以精确调速，控制脉冲数就可以精确定位。第11页/共28页徐州建筑职业技术学院 ULN2003：反相驱动芯片，高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高（大于1000）、工作电压高（大于50V） 、温度范围宽、带负载能力强（输出电流大于500mA）等特点,适应于各类要求高速

7、大功率驱动的系统。主要用于如下领域：伺服电机;步进电机;电磁阀;可控照明灯。 二极管起断电后放电保护作用第12页/共28页徐州建筑职业技术学院 例：通过按键，控制电机的正转、反转、停止ABDCABCDXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/

8、T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51+88.81B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10COM9U2ULN2003A+5VR110kR210kR310kR410k正转正转反转反转停止停止第13页/共28页 微控制器系统设计与应用徐州建筑职业技术学院 刘燎原 第14页/共28页复习 1.电脉冲转化为角位移 2.几个名词 相数 拍数 励磁方式 步

9、距角 3.驱动：ULN2003 4.正反转：送脉冲的顺序 角度：送脉冲个数 速度：送脉冲的频率徐州建筑职业技术学院第15页/共28页徐州建筑职业技术学院 8.2 直流电机第16页/共28页徐州建筑职业技术学院 一、简介 在直流电机的两电刷端加上直流电压，将电能输入电枢，机械能就从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机。 直流电机主要由定子（主磁极、换向极、机座、电刷装置）、转子（电枢铁心、电枢绕组、换向器、）两部分组成。定子的作用是产生磁场，转子在定子磁场作用下得到转矩而旋转起来。 直流电机的转速由电枢（即转子线圈）电压决定。电枢电压越高，电动机转速就越快；电枢电压为0V时

10、，直流电机就停转。 改变电枢电压的极性，电机就反转。 因此改变电枢电压的大小和极性可以改变直流电机的转速和转向。第17页/共28页二、直流电机调速 直流电机的转速由电枢（即转子线圈）电压决定，通过调整电枢电压来实现调速的。 直流电压，5V，如何改变？ 改变平均电压值。 让电压一段时间5V，一段时间0V，得到不同的平均电压。 1.PWM波 PWM，Pulse Width Modulation的缩写，是指脉冲宽度调制。如何产生脉冲宽度可调的波形呢？ 按一个固定的频率来接通和断开电源，把直流电压变成电压脉冲序列，根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，实现控制电压脉冲宽度。徐州建筑职业技

11、术学院第18页/共28页 2.直流电机的PWM调速 把PWM信号加到直流电机上 通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间来改变PWM脉宽，改变直流电机电枢上电压的“占空比”，从而达到改变平均电压大小的目的，最终控制了电动机的转速。 只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。 设占空比为D，设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax, ，则电机的平均速度为 Va=Vmax*D 式中D=t1T占空比，t1为接通时间，T为一个周期。 当我们改变占空比D=t1T时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。徐州建筑职业技术学院第19页/共28页三、直流电机驱动 直流电机的驱

12、动主要完成直流电机的方向控制以及I/O端口的驱动，直流电机的转子转动方向可由直流电机上所加电压的极性来控制。 1.H桥控制电路 可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动。 它的形状酷似字母H 要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向.徐州建筑职业技术学院第20页/共28页 当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经 Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的

13、箭头指示为顺时针方向）。 另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。徐州建筑职业技术学院第21页/共28页 2. L298驱动芯片 L298是双H桥高电压大电流功率集成电路，可用来驱动继电器、线圈、直流电动机步进电动机等电感性负载。它的驱动电压可达46V，直流电流总和可达4A，其内部具有2个完全相同的PWM功率放大回路。 管脚： OUT1、OUT2、OUT3、OUT4引脚是L298的输出端，这4个引脚之间可以接2个直流电机.徐州建筑职业技术学院第22页/共28页 IN

14、1、IN2、IN3、IN4引脚通过置高电平和低电平组合实现两个电机的正反转. ENA、ENB为使能端，高电平有效，分别为 IN1和IN2、IN3和IN4的使能端，该端口一般和单片机软件产生的PWM波输出端相连，实现电机的调速。 VSS为芯片电源，VS为电机电源 SENA、SENB是电流取样电阻徐州建筑职业技术学院第23页/共28页徐州建筑职业技术学院第24页/共28页 项目要求：设计一个小车的控制器，可以实现小车的加速、减速、正转、反转功能。徐州建筑职业技术学院k0k1k2k3ENAIN1IN2K1K2K3K4IN1IN2ENAK0K4XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29

15、RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51X1CRYSTALC1

16、30pFC230pFC310uFR1+12VVCCIN15IN27ENA6OUT12OUT23ENB11OUT313OUT414IN310IN412SENSA1SENSB15GND8VS4VCC9U6L298加速加速减速减速前进前进后退后退开始开始第25页/共28页几个说明问题： 1.独立按键程序 并列结构 2.PWM波如何产生？方波？ (1)利用定时器来产生？ 根据PWM波的周期及占空比变化快慢来确定定时器定一次的时间。 假定PWM信号的周期T=1ms,f=1khz。要求每按一次按键，占空比以10%比例递增减。那么把整个周期10等份，1等分为100us。所以利用定时器的定时时间设定为100us，对此定时时间进行统计个数，计满10个，即1个周期。 TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; 利用i存放100us个数，i+ (2). 通过修改高电平的值修改占空比 以100us为基本单位，假设设定高电平的初始值位为2个单位（持续