微机原理第4章1ppt课件

1、第4章 常用控制程序的设计 4.1 4.1 报警程序的设计报警程序的设计 4.2 4.2 开关量输出接口技术开关量输出接口技术 4.3 4.3 电机控制接口技术电机控制接口技术 4.4 4.4 步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术4.1报报警程序设计设计 在微型机控制系统中，为了平安，在微型机控制系统中，为了平安， 对于一些重要的参数或系统部位，对于一些重要的参数或系统部位， 都设有紧急形状报警系统，都设有紧急形状报警系统， 以便提示操作人员留意，或采取紧急措施。以便提示操作人员留意，或采取紧急措施。微机控制技术4.1.1 常用报报警方式在控制系统中通常可采用在控制系统中通常可采用 声音声

2、音 如电铃、电笛发出，蜂鸣器，如电铃、电笛发出，蜂鸣器， 集成电子音乐芯片，集成电子音乐芯片， 光光 发光二极管或闪烁的白炽灯等发光二极管或闪烁的白炽灯等 语音报警，语音芯片语音报警，语音芯片 图形与声音混合报警，图形与声音混合报警， 显示报警画面如报警发生的顺序、报警发生显示报警画面如报警发生的顺序、报警发生 的时间、报警回路编号、报警内容及次数等。的时间、报警回路编号、报警内容及次数等。微机控制技术4.1.1常用报报警方式1 1发光二极管及白炽灯驱动电路发光二极管及白炽灯驱动电路1 1报警方法不同采用的驱动电路方式也不同。报警方法不同采用的驱动电路方式也不同。 发光二极管的驱动电流普通在发

3、光二极管的驱动电流普通在 20 2030mA30mA， 不能直接由不能直接由 TTL TTL 电平驱动，常采用电平驱动，常采用 OC OC 门驱动器。门驱动器。 如如 74LS06/07 74LS06/07 等。等。 白炽灯报警时，应该运用交流固态继电器进展控制。白炽灯报警时，应该运用交流固态继电器进展控制。2 2为了能坚持报警形状，常采用带有锁存器的为了能坚持报警形状，常采用带有锁存器的I/OI/O接口芯片，接口芯片， Intel 8155 Intel 8155、8255A 8255A 也可选用普通的锁存器，也可选用普通的锁存器， 74LS273 74LS273，74LS37374LS373

4、，或，或 74LS377 74LS377等等微机控制技术4.1.1常用报报警方式图图4-1 LED4-1 LED报警接口电路报警接口电路微机控制技术4.1.1常用报报警方式 2. 2. 声音报警驱动电路声音报警驱动电路 常采用模拟声音集成电路芯片，常采用模拟声音集成电路芯片， 如如 KD-956X KD-956X 系列，系列， 采用采用CMOSCMOS工艺，软封装的报警工艺，软封装的报警ICIC芯片。芯片。1 1任务电压范围宽；任务电压范围宽；2 2静态电流低；静态电流低；3 3外接振荡电阻可调理模拟声音的放音节拍；外接振荡电阻可调理模拟声音的放音节拍；4 4外接一只小功率三极管，便可驱动扬声

5、器。外接一只小功率三极管，便可驱动扬声器。 其功能如表其功能如表4.14.1P97P97 所示。所示。微机控制技术4.1.1常用报报警方式型型 号号声声 光光 性性 能能KD-9561KD-9561机枪、警笛、救护车、消防车声机枪、警笛、救护车、消防车声KD-9561BKD-9561B嘟嘟嘟嘟声声KD-9562KD-9562机枪、炮弹等机枪、炮弹等8 8声声KD-9562BKD-9562B光控报警声光控报警声KD-9562CKD-9562C单键单键8 8音音KD-9563KD-95633 3声声2 2闪光闪光KD-9565KD-95656 6声声5 5闪光闪光微机控制技术4.1.1常用报报警方

6、式KD-956XKD-956X系列系列ICIC芯片具有以下共同特性：芯片具有以下共同特性：1 1任务电压范围宽；任务电压范围宽；2 2静态电流低；静态电流低；3 3外接振荡电阻可调理模拟声音的放音节拍；外接振荡电阻可调理模拟声音的放音节拍；4 4外接一只小功率三极管，便可驱动扬声器。外接一只小功率三极管，便可驱动扬声器。微机控制技术4.1.1常用报报警方式 模拟声模拟声选声端电平选声端电平SEL1 SEL1 SEL2 SEL2 机器声机器声空空 VDD VDD 警备声警备声VDDVDDVSS VSS 救护车声救护车声VSS VSS VSS VSS 消防车声消防车声空空 VSS VSS 微机控制

7、技术表表4.1 KD956X 4.1 KD956X 系列报警芯片功能表系列报警芯片功能表 P96P964.1.1常用报报警方式 KD-9561 KD-9561 芯片内设：芯片内设： 振荡器、节拍器、音色发生器、振荡器、节拍器、音色发生器、 地址计数器、控制和输出级等部分。地址计数器、控制和输出级等部分。 根据内部程序，设有两个选声端根据内部程序，设有两个选声端 SELlSELl和和SEL2SEL2， 改动这两端的电平，便可发出各种不同的音响。改动这两端的电平，便可发出各种不同的音响。 详见表详见表4.24.2。 VDDVDD提供电源正端电压，提供电源正端电压，VSSVSS指电源负端电压地。指电

8、源负端电压地。 KD-9561KD-9561能发出能发出4 4种不同的声音，且体积小，价钱低廉，音响种不同的声音，且体积小，价钱低廉，音响逼真，控制简便，所以，广泛运用于报警安装及电动玩具。逼真，控制简便，所以，广泛运用于报警安装及电动玩具。 外形及报警器电路图，如图外形及报警器电路图，如图4.24.2所示。所示。微机控制技术4.1.1常用报报警方式图图4.2 KD-95614.2 KD-9561的外形和报警电路图的外形和报警电路图 P97P97微机控制技术4.1.1常用报报警方式 如图4.2b中所示，当系统检查到报警信号以后，使三极管9013导通，发出报警声音。图中的R1选值普通在180k2

9、90k之间。R1的阻值愈大，报警声音愈急促；反之，报警声音节凑缓慢。微机控制技术4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计1 1软件报警程序软件报警程序 这种方法的根本作法是把被测参数如温度、压力、流这种方法的根本作法是把被测参数如温度、压力、流量、速度、成分等参数，经传感器，变送器、模数转量、速度、成分等参数，经传感器，变送器、模数转换器，送到微型机后，再与规定的上、下限值进展比较，换器，送到微型机后，再与规定的上、下限值进展比较，根据比较的结果进展报警或处置，整个过程都由软件实根据比较的结果进展报警或处置，整个过程都由软件实现。这种报警程序又可分简单上、下限报警程序，以及现。这种报警程序又可

10、分简单上、下限报警程序，以及上、下限报警处置程序。上、下限报警处置程序。微机控制技术4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计2 2硬件恳求、软件处置报警程序硬件恳求、软件处置报警程序 报警要求直接由传感器产生。报警要求直接由传感器产生。 例如：电接点式压力报警安装例如：电接点式压力报警安装 当压力高于或低于某一极限值时，当压力高于或低于某一极限值时， 接点即闭合，正常时那么翻开。接点即闭合，正常时那么翻开。 利用开关量信号，经过中断的方法来实现对参数利用开关量信号，经过中断的方法来实现对参数 或位置的监测。或位置的监测。 例如，行车系统、电接点压力表等。例如，行车系统、电接点压力表等。 微机控

11、制技术4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计根据系统和参数的要求，根据系统和参数的要求，报警程序可分为：报警程序可分为： 简单的越限报警程序；简单的越限报警程序； 报警处置程序。报警处置程序。微机控制技术4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计1. 1. 软件报警程序设计软件报警程序设计锅炉水位自动调理系统，如图锅炉水位自动调理系统，如图4.34.3所示。所示。 汽包水位是锅炉正常任务的重要目的。汽包水位是锅炉正常任务的重要目的。 液面太高会影响汽包的汽水分别，产生蒸汽带液景象。液面太高会影响汽包的汽水分别，产生蒸汽带液景象。水位过低，那么由于汽包的水量较少，负荷又很大，水位过低，那么由于汽

12、包的水量较少，负荷又很大，水的汽化会很快。假设不及时调理液面，就会使汽包水的汽化会很快。假设不及时调理液面，就会使汽包内液体全部汽化，能够导致锅炉烧坏以致发生严重的内液体全部汽化，能够导致锅炉烧坏以致发生严重的爆炸事故。所以，锅炉液面是一个非常重要的参数，爆炸事故。所以，锅炉液面是一个非常重要的参数，普通采用双冲量或如下图的三冲量自动调理系统。普通采用双冲量或如下图的三冲量自动调理系统。微机控制技术4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计图图4343锅炉三冲量调理系统锅炉三冲量调理系统 P98 P98微机控制技术4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计 系统设计有系统设计有 3 3 个报警参数

13、：个报警参数： 水位上、下限，水位上、下限， 炉膛温度上、下限，炉膛温度上、下限， 蒸汽压力下限。蒸汽压力下限。 如图如图4.44.4中所示：中所示： 要求当各参数全部正常时，绿灯亮。要求当各参数全部正常时，绿灯亮。 假设某一个参数不正常，将发出声光报警信号。假设某一个参数不正常，将发出声光报警信号。 微机控制技术4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计图图44 44 锅炉报警系统图锅炉报警系统图 P99 P99微机控制技术内内存分配X1maX1max xX1miX1min nX2maX2max xX2miX2min nSAMPSAMPALAMALAMLIMITLIMITDPTRDPTR810

14、0H8100H外存外存内内存存20H20H4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计 程序设计思想：程序设计思想： 设置一个报警模型标志单元设置一个报警模型标志单元 ALARM ALARM， 把各参数的采样值分别与上、下限值进展比较。把各参数的采样值分别与上、下限值进展比较。 假设某一位需求报警，那么将相应位置假设某一位需求报警，那么将相应位置1 1，否那么，清，否那么，清0 0。 一切参数判别终了后，一切参数判别终了后， 看报警模型单元看报警模型单元 ALARM ALARM 的内容能否为的内容能否为00H00H。 假设为假设为 00H 00H，阐明一切参数均正常，使绿灯发光。，阐明一切参数均正

15、常，使绿灯发光。 不等于不等于00H00H，那么阐明有参数越限，输出报警模型。，那么阐明有参数越限，输出报警模型。 程序流程图，如图程序流程图，如图4.54.5所示。所示。 设设 3 3个参数的采样值：个参数的采样值： X1 X1水位、水位、X 2X 2炉膛温度、炉膛温度、 X3 X3蒸汽压力蒸汽压力 依次存放在以依次存放在以 SAMP SAMP 为首地址的内存单元中，为首地址的内存单元中， 相应的允许极限值依次放在以相应的允许极限值依次放在以 LIMIT LIMIT为首地址的内存区域内，为首地址的内存区域内， 报警标志位单元为报警标志位单元为 ALARM ALARM。 微机控制技术4.1.2

16、 简单报简单报警程序的设计设计微机控制技术 图45 软件报警程序模块流程图 P101 ORG 8000H ORG 8000HALARMALARM： MOV DPTR MOV DPTR，#SAMP#SAMP ；采样值存放地址；采样值存放地址DPTRDPTR MOVX A MOVX A， DPTR DPTR ；取；取X1X1 MOV ALARM MOV ALARM，#00H#00H ；报警模型单元清；报警模型单元清0 0ALARM0: CJNE AALARM0: CJNE A，LIMITLIMIT，AAAA ；X1MAX1X1MAX1吗吗ALARM1: CJNE AALARM1: CJNE A，L

17、IMIT+1LIMIT+1，BB BB ；X1MIN1X1MAX2X2MAX2吗吗ALARM3: CJNEALARM3: CJNE A A，LIMIT+3LIMIT+3，DD DD ；X2MIN2X2MIN2吗吗ALARM4: INCALARM4: INC DPTR DPTR ；取；取X3X3 MOVX MOVX A A， DPTR DPTR CJNE A CJNE A，LIMIT+4LIMIT+4，EE EE ；X3MIN3X3MAX1 X1MAX1 转转 AOUAOUT1T1 AJMP AJMPALARM1ALARM1 BB BB： JCJCAOUT2AOUT2；X1MIN1X1MAX2X

18、2MAX2转转AOUTAOUT3 3 AJMP AJMPALARM3ALARM3 DD DD： JCJCAOUT4AOUT4；X2MIN2X2MIN2转转AOUTAOUT4 4 AJMP AJMPALARM4ALARM4微机控制技术4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计EEEE：JCJCAOUT5AOUT5；X3MIN3X3MIN3转转AOUAOUT5T5AJMPAJMP DONEDONEAOUT1AOUT1：SETBSETB00H00H；置；置X1X1超上限报警标志超上限报警标志AJMPAJMP ALARM2ALARM2AOUT2AOUT2：SETBSETB01H01H；置；置X1X1超下

19、限报警标志超下限报警标志AJMPAJMP ALARM2ALARM2AOUT3AOUT3：SETBSETB02H02H；置；置X2X2超上限报警标志超上限报警标志AJMPAJMP ALARM4ALARM4AOUT4AOUT4：SETBSETB03H03H；置；置X2X2超下限报警标志超下限报警标志AJMPAJMP ALARM4ALARM4AOUT5AOUT5：SETBSETB04H04H；置；置X1X1超下限报警标志超下限报警标志AJMPAJMP DONEDONE微机控制技术4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计2硬件报警程序设计某些根据开关量形状进展报警的系统，为了使系统简化，可以不用上面引

20、见的软件报警方法，而是采用硬件恳求中断的方法，直接将报警模型送到报警口中。这种报警方法的前提条件是被测参数与给定值的比较是在传感器中进展的。例如，电结点式压力计，电结点式温度计，色带指示报警仪等，都属于这种传感器。不论原理如何，它们的共同点是，当检测值超越或低于上、下限值时，结点开封锁合，从而产生报警信号。这类报警系统电路图，如图4.6所示。微机控制技术4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计图图46 46 硬件直接报警系统原理图硬件直接报警系统原理图微机控制技术报报警警结结点点4.1.2 简单报简单报警程序的设计设计 图图4.64.6中，中， SL1 SL1 和和 SL2 SL2 分别为液位

21、上、下限报警结点，分别为液位上、下限报警结点， SP SP 表示蒸汽压力下限报警结点，表示蒸汽压力下限报警结点， ST ST 是炉膛温度上限超越结点。是炉膛温度上限超越结点。 只需三个参数中的一个或几个超限即结点闭合，只需三个参数中的一个或几个超限即结点闭合， 管脚都会由高变低，向管脚都会由高变低，向 CPU CPU 发出中断恳求。发出中断恳求。 CPU CPU呼应后，读入报警形状呼应后，读入报警形状 P1.3 P1.3P1.0P1.0，然后从，然后从P1P1口的高口的高4 4 位输出，完成超限报警的任务。位输出，完成超限报警的任务。 采用中断任务方式，既节省了采用中断任务方式，既节省了CPU

22、CPU计算的珍贵时间，又能不计算的珍贵时间，又能不 失时机地实现参数超限报警。失时机地实现参数超限报警。微机控制技术ORG 0000HORG 0000HAJMP MAINAJMP MAIN；上电自动转向主程序；上电自动转向主程序ORG 0003HORG 0003H；外部中断方式；外部中断方式0 0入口地址入口地址AJMP ALARMAJMP ALARMORG 0200HORG 0200H MAIN MAIN：SETB IT0SETB IT0；选择边沿触发方式；选择边沿触发方式SETB EX0SETB EX0；允许外部中断；允许外部中断0 0SETB EASETB EA；CPUCPU允许中断允许

23、中断 HEREHERE：SJMP HERESJMP HERE；模拟主程序；模拟主程序ORG 0210HORG 0210H ALARM ALARM：MOV AMOV A，#0FFH#0FFH；设；设P1P1口为输入口口为输入口MOV P1MOV P1，A AMOV AMOV A，P1P1；取报警形状；取报警形状SWAP ASWAP A；MOV P1MOV P1，A A；输出报警信号；输出报警信号RETIRETI根据图根据图4.64.6可写出报警程序如下：可写出报警程序如下：微机控制技术4.1.3 越限报报警程序的设计设计 为了防止丈量值在极限值附近摆动呵斥频繁报警，为了防止丈量值在极限值附近摆动

24、呵斥频繁报警， 可以在上、下限附近设定一个回差带，可以在上、下限附近设定一个回差带， 如图如图4.74.7所示。所示。微机控制技术4.1.3 越限报报警程序的设计设计图图4.7 4.7 越限报警表示图越限报警表示图 P103P103微机控制技术4.1.3 越限报报警程序的设计设计在图4.7中，H是上限带，L为下限带。规定只需当被丈量值越过A点时，才以为越过上限；丈量值穿越H带区，下降到B点以下才成认复限。同样道理，丈量值在L带区内摆动均不做超越下限处置；只需它回归于D点之上时，才做超越下限后复位处置。这样就防止了频繁的报警和复限，以免呵斥操作人员人为的紧张。实践上，大多数情况下，如前面锅炉水位

25、调理系统中所述，上、下限并非只是独一的值，而是允许一个“带。在带区内的值都以为是正常的。带宽构成报警的灵敏区。上、下限带宽的选择应根据详细的被测参数而定。微机控制技术4.1.3 越限报报警程序的设计设计下面重新对锅炉液位报警程序进展设计。设锅炉水位采样并经滤波处置后的值存放在以SAMP为起始地址的内存单元中设采样值为12位数，占用两个内存单元。上、下限报警及上、下限复位门限值分别存放在以ALADEG为首地址的内存单元中。报警标志单元为FLAG，其中D2位为越上限标志位，D3位为越下限标志位。其内存分配，如图4.8所示。微机控制技术图图4.8 4.8 有关内存的分配有关内存的分配 P103 P1

26、03 微机控制技术R0 R0 R1 R1 4.1.3 越限报报警程序的设计设计越限报警程序的根本思绪是将采样、数字滤波后的数据与该被测点上、下限给定值进展比较，检查能否越限；或与上限复位值、下限复位值进展比较，检查能否复位上、下限。如越限，那么分别置位越上、下限标志，并输出相应的声、光报警模型。如已复位上、下限，那么去除相应标志。当上述报警处置完之后，前往主程序。如图4.9所示的是其程序的流程图。 微机控制技术微机控制技术图图4.9 4.9 越限报警子程序的流程越限报警子程序的流程 P104P104BRAN1BRAN1DONEDONEBRAN4BRAN4BRAN2BRAN2BRAN3BRAN3

27、 ORG 8000H ORG 8000H ACACHE: MOV R0 ACACHE: MOV R0，#SAMP#SAMP ；采样值首地址；采样值首地址 R0R0MOV AMOV A， R0R0；取采样值低；取采样值低8 8位位MOV R1MOV R1，#20H#20H ；取上限报警值低；取上限报警值低8 8位位ACALL DUBSUBACALL DUBSUB；检查能否越上限；检查能否越上限JNC BRAN1JNC BRAN1 ；越上限，转；越上限，转BRAN1BRAN1MOV AMOV A，R0R0；取采样值低；取采样值低8 8位位ACALL DUBSUBACALL DUBSUB；检查能否复

28、位上限；检查能否复位上限JNC DONEJNC DONE ；不复位上限，前往主程序；不复位上限，前往主程序JB JB 42H42H，BRAN2BRAN2 ；上限假设置位，那么；上限假设置位，那么转转BRAN2BRAN2MOV AMOV A，RORO；取采样值低；取采样值低8 8位位ACALL DUBSUBACALL DUBSUB；检查下限报警值；检查下限报警值JC JC BRAN3 BRAN3；越下限，转；越下限，转BRAN3BRAN3根据图根据图4.9 4.9 可写出越限报警子程序如下：可写出越限报警子程序如下： 微机控制技术 MOV A MOV A，R0R0；取采样值低；取采样值低8 8位

29、位 ACALL DUBSUBACALL DUBSUB ；检查复位下限值；检查复位下限值 JC DONEJC DONE；不复位下限，前往主程序；不复位下限，前往主程序 JNB 43HJNB 43H，DONEDONE CLR 43H CLR 43HBRAN4: INC BRAN4: INC 2AH 2AH；记录调整次数；记录调整次数DONE:DONE: RET RETSAMP:SAMP: EQU EQU 30H 30HBRAN1: 42HBRAN1: 42H，DONEDONE；判上限报警能否置位；判上限报警能否置位 SETB SETB 42H42H；置上限报警标志；置上限报警标志 MOV MOV

30、A A，#81H#81H；输出越上限报警信号；输出越上限报警信号 MOV MOV P1P1，A A AJMP AJMP BRAN4BRAN4JBJBBRAN2: CLR BRAN2: CLR 42H42H；清上限报警标；清上限报警标志志 AJMP BRAN4 AJMP BRAN4BRAN3: JB BRAN3: JB 43H43H，DONE DONE ；判下限报警能否置位；判下限报警能否置位 假设置位，那么转假设置位，那么转DONEDONE SETB 43H SETB 43H；置下限报警标志；置下限报警标志 MOV MOV A, #82HA, #82H；输出越下限报；输出越下限报警信号警信号

31、AJMP BRAN4 AJMP BRAN4DUBSUB: CLR CDUBSUB: CLR C；双字节减法子程序；双字节减法子程序 SUBB A SUBB A，R1R1 INC INCR0R0 INC INCR1R1 MOV MOVA A，R0R0 SUBB SUBB A A，R1R1 INC INCR1R1 DEC DEC R0R0 RET RET微机控制技术ALAMALAM4.1.3 越限报报警程序的设计设计本程序输出的报警模型及接口电路，可参看图4.4自行设计。报警标志单元FLAG28H和越限、复位上、下限处置次数单元2AH在初始化程序中应首先清零。除了上面讲的这种带上、下限报警带的报警

32、处置程序外，还有各种各样的报警处置程序，读者可根据需求自行设计。微机控制技术4.2 开关开关量输输出接口技术术 在过程控制系统中，被测参数经采样处置计算之后，常在过程控制系统中，被测参数经采样处置计算之后，常需求进展控制。需求进展控制。 输出设备往往需大电压或电流来控制，而微型机输出设备往往需大电压或电流来控制，而微型机 系统输出的开关量大都为系统输出的开关量大都为TTL/CMOS TTL/CMOS 电平，普通不能电平，普通不能 直接驱动外部设备开启或封锁。直接驱动外部设备开启或封锁。 许多外部设备许多外部设备( (如大功率直流电机，接触器等如大功率直流电机，接触器等) )在开关过在开关过 程

33、中会产生很强的电磁干扰信号，如不加隔离能够会使程中会产生很强的电磁干扰信号，如不加隔离能够会使 微机控制系统中呵斥误动作或损坏。微机控制系统中呵斥误动作或损坏。 开关量输出控制中必需仔细思索并设法处理的两个问题开关量输出控制中必需仔细思索并设法处理的两个问题放大，隔离，放大，隔离，微机控制技术421 光电电隔离技术术 光电隔离器的种类繁多光电隔离器的种类繁多: : 发光二极管发光二极管/ /光敏三极管光敏三极管 发光二极管发光二极管/ /光敏复合晶体管光敏复合晶体管 发光二极管发光二极管/ /光敏电阻光敏电阻 发光二极管发光二极管/ /光触发可控硅等。光触发可控硅等。微机控制技术421 光电电

34、隔离技术术图图410 410 光电隔离器原理图光电隔离器原理图 P106 P106微机控制技术421 光电电隔离技术术 当发光二极管有正向电流经过时，即产生红外 光。 光敏三极管接纳光以后便导通。 而当该电流撤去时，发光二极管熄灭，三极管截止。利用这种特性即可到达开关控制的目的。 该器件经过电光电的转换实现对输出设备进展控制的，彼此之间没有电气衔接，因此起到隔离作用，隔离电压与光电隔离器的构造方式有关。 塑料封装方式普通为2500V左右，陶瓷封装方式普通为500010000V。 在普通微机控制系统中，由于大都采用TTL电平，不能直接驱动发光二极管，所以通常加一个驱动区，如7406和7407等。

35、 输入、输出端两个电源必需单独供电，如图411所示、图412所示。微机控制技术421 光电电隔离技术术 图图411 411 正确的隔离正确的隔离 P107 P107 微机控制技术421 光电电隔离技术术图图412 412 不正确的隔离不正确的隔离 P107 P107微机控制技术4.2.2 继电器输出接口技术 继电器是电气控制中常用的控制器件。普通由继电器是电气控制中常用的控制器件。普通由通电线圈和触点常开或常闭构成。通电线圈和触点常开或常闭构成。 线圈通电时，开关触点闭合或翻开。线圈通电时，开关触点闭合或翻开。 线圈不通电时，那么开关触点断开或闭合。线圈不通电时，那么开关触点断开或闭合。 普通

36、线圈可以用直流低电压控制普通线圈可以用直流低电压控制 直流直流 9V9V，12V12V，24V 24V 等；等； 触点输出部分可以直接与市电触点输出部分可以直接与市电220V220V衔接；衔接； 虽然继电器本身有一定的隔离作用，但在与微虽然继电器本身有一定的隔离作用，但在与微型计算机接口衔接时通常还是采用光电隔离器型计算机接口衔接时通常还是采用光电隔离器进展隔离。进展隔离。 微机控制技术4.2.2 继电器输出接口技术图图4.13 4.13 继电器接口电路继电器接口电路 P107P107微机控制技术4.2.2 继电器输出接口技术如图4.13中所示，当开关量P1.0输出为高电平常，经反相驱动器74

37、06变为低电平，使发光二极管发光，从而使光敏三极管导通，进而使三极管9013导通，因此使继电器J的线圈通电，继电器触点J1-1闭合，使220V电源接通。反之，当P1.0输出低电压时，使J1-1断开。图中所示电阻R1为限流电阻，二极管D的作用是维护晶体管T。当继电器J吸合时，二极管D截止，不影响电路任务。继电器释放时，由于继电器线圈存在电感，这时晶体管T曾经截止，所以会在线圈的两端产生较高的感应电压。 微机控制技术4.2.2 继电器输出接口技术此电压的极性为上负下正，正端接在晶体管的集电极上。当感应电压与VCC之和大于晶体管T的集电极反向电压时，晶体管T有能够损坏。参与二极管D后，继电器线圈产生

38、的感应电流从二极管D流过，从而使晶体管T得到维护。微机控制技术4.2.2 继电器输出接口技术不同的继电器，其线圈驱动电流的大小， 以及带动负载的才干不同。 选用时应思索以下要素： 继电器额定任务电压或电流； 接点负荷 ； 接点的数量或种类常闭或常开； 继电器的体积、封装方式、任务环境、接点吸合 或释放时间等。微机控制技术423 固态继电态继电器输输出接口技术术 固态继电器固态继电器Solid State RelaySolid State Relay简称简称SSRSSR。 带光电隔离器的无触点开关带光电隔离器的无触点开关 ( ( 用晶体管或可控硅替代常规继电器的触点开关，用晶体管或可控硅替代常规

39、继电器的触点开关， 在前级把光电隔离器熔为一体在前级把光电隔离器熔为一体) )。 固态继电器有直流型和交流型固态继电器之分。固态继电器有直流型和交流型固态继电器之分。 固态继电器输入控制电流小，输出无触点，固态继电器输入控制电流小，输出无触点， 在微机控制系统中得到了广泛的运用，大有取代电在微机控制系统中得到了广泛的运用，大有取代电磁磁 继电器之势。继电器之势。微机控制技术423 固态继电态继电器输输出接口技术术 1 1直流型直流型SSRSSR输入端是一个光电隔离器，输入端是一个光电隔离器， 可用可用 OC OC 门或晶体管直接驱动。门或晶体管直接驱动。输出端经整型放大后带动大功率晶体管输出，

40、输出端经整型放大后带动大功率晶体管输出， 输出任务电压可达输出任务电压可达 3030180V180V5V5V开场任务。开场任务。 微机控制技术423 固态继电态继电器输输出接口技术术 图图414 414 直流型直流型SSRSSR原理图原理图 P108 P108微机控制技术423 固态继电态继电器输输出接口技术术 直流直流SSRSSR主要用于带有直流负载的场所，主要用于带有直流负载的场所， 如直流电机控制，如直流电机控制， 直流步进电机控制，直流步进电机控制， 和电磁阀等。和电磁阀等。 图图415415所示为采用直流所示为采用直流SSRSSR控制三相步进电机控制三相步进电机 原理电路图。原理电路

41、图。微机控制技术 图图中 A、B、C为为步进电进电机的三相，只需按着一定的通电顺电顺序，即可实现实现步进电进电机控制 图图415 415 步进电机控制原理图步进电机控制原理图 P190 P190微机控制技术423 固态继电态继电器输输出接口技术术 2. 2. 交流型交流型SSRSSR (1) (1) 采用双相可控硅作为开关器件采用双相可控硅作为开关器件. . 用于交流大功率驱动场所，用于交流大功率驱动场所， 如交流电机控制，交流电磁阀控制等。如交流电机控制，交流电磁阀控制等。 (2) (2)交流型交流型SSRSSR又可分为过零型和移相型两类。又可分为过零型和移相型两类。 非过零型非过零型SSR

42、SSR，在输入信号时，不论负载电流相位，在输入信号时，不论负载电流相位 如何，负载端立刻寻通；如何，负载端立刻寻通； 过零型必需在负载电源电压接近零且输入控制信号过零型必需在负载电源电压接近零且输入控制信号 有效时，输入端负载电源才导通。有效时，输入端负载电源才导通。 当输入的控制信号吊销后，不论哪一种类型，它们当输入的控制信号吊销后，不论哪一种类型，它们 都是流过双向可控硅负载电流为零时才关断。都是流过双向可控硅负载电流为零时才关断。微机控制技术423 固态继电态继电器输输出接口技术术 图416 交流过零型SSR原理图 P109微机控制技术423 固态继电态继电器输输出接口技术术 一个交流型

43、SSR控制单向交流控制电机的实例如图418所示。图中，改动交流电机通电绕组，即可控制电机的旋转方向。例如用它控制流量调理阀的开和关，从而实现控制管道中流体流量的目的。 微机控制技术423 固态继电态继电器输输出接口技术术 图图4-18 4-18 用交流用交流 SSR SSR 控制交流控制交流电电机原理机原理图图 P110P110微机控制技术1 10 01 1423 固态继电态继电器输输出接口技术术 在图418中，当控制端PC0输出为低电平常，经反相后，使上边的SSR导通，下的SSR截止使交流电经过A相绕组正转；反之，假设PC0输出高电平，那么上边SSR的截止，下边的SSR导通，使交流电流经B相

44、，电机反转。图中Rp、Cp组成浪涌电压吸收回路，通常Rp为100左右，CP为01F。RM为压敏电阻，用做过电压维护。其电压取值范围通常为电源电压有效值的1619倍，市售有专门适用于交流220V或380V的压敏电阻。 交流型固态继电器选用时主要留意它的额定电压和额定任务电流 微机控制技术424 大功率场场效应应管开关开关接口技术术大功率场效应管开关的特点：大功率场效应管开关的特点： 输入阻抗高输入阻抗高 关断漏电流小关断漏电流小 呼应速度快呼应速度快 与同功率继电器相比，体积较小，价钱廉价，所以与同功率继电器相比，体积较小，价钱廉价，所以在开关量输出控制中也常做为开关元件运用。在开关量输出控制中

45、也常做为开关元件运用。 场效应管的种类非常多，场效应管的种类非常多， 如如IRFIRF系列，电流可从几个系列，电流可从几个mAmA几十几十A A， 耐压可从几十耐压可从几十V V几百几百V V， 因此可以适宜任何场所因此可以适宜任何场所 。微机控制技术424 大功率场场效应应管开关开关接口技术术 值得阐明的是，由于大功率场效应管本身没有隔离作用，故运用时为了防止高压对微型机系统的干扰和破坏，通常在它的前边加一级光电隔离器，如4N25、TIL113等 微机控制技术控制栅极控制栅极 G G漏极漏极 D D源极源极 S S424 大功率场场效应应管开关开关接口技术术 图419 大功率场效应管的表示符

46、号 P111微机控制技术控制栅极控制栅极 G G漏极漏极 D D源极源极 S S1 1NPN NPN 型型424 大功率场场效应应管开关开关接口技术术 利用大功率场效应管可以实现图415所示的步进电机控制。其原理电路如图420所示图中，当某一控制输出端如PC0输出为高电平常，经反相器7406变为低电平，使光电隔离器，通电并导通，从而使电阻R1R2或R3输出为高电平，控制场效应管IRF 640导通，使A相B相或C相通电；反之 ，当P10为低电平常，那么IRF640截止，A相无电流经过。改动步进电机A、B、C三相的通电顺序，便可实现对步进电机的控制，详见本章第四节，图中的RP、CP、D均为维护元件

47、。其作用与前边讲过的一样。微机控制技术 图图420 420 采用大功率场效应管的步进电机控制电路原理图采用大功率场效应管的步进电机控制电路原理图 P111 P111微机控制技术大功率大功率场场效效应应管管只作只作开关开关4.2.5 可控硅接口技术可控硅Silicon Controlled Rectifier, 简称 SCR，大功率电器元件，也称晶闸管。 它具有体积小，效率高，寿命长等优点。在自动控制系统中，作为大功率驱动器件，实现用小 功率控件控制大功率设备。它在交直流电机调速系统、调功系统以及随动系统中 得到了广泛的运用。微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术可控硅分单向可控硅和双向可控硅两

48、种。1. 单向可控硅单向可控硅的表示符号，如图4.21a所示。它有3个引脚，其中A为阳极，K为阴极，G为控制极。它由4层半导体资料组成，可等效于P1N1P2和N1P2N2两个三极管，如图4.21b所示。微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术图图4.21 4.21 可控硅构造可控硅构造 P112P112微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术从图4.21a所示中看出，它的符号根本上与前面引见过的大功率场效应开关管的符号一样，但它们的任务原理却有所不同。当阳极电位高于阴极电位且控制极电流增大到一定值触发电流时，可控硅由截止转为导通。一旦导通后， Ig即使为零，可控硅仍坚持导通形状，直到阳极电位小于或

49、等于阴极电位时为止。即阳极电流小于维持电流时，可控硅才由导通变为截止。其特性曲线如图4.22所示。 单向可控硅的单导游通功能，多用于直流大电流场所。在交流系统中常用于大功率整流回路。 微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术图图4.22 4.22 可控硅输出特性可控硅输出特性 p112p112微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术2. 双向可控硅双向可控硅也叫三端双向可控硅，简称TRIAC。双向可控硅在构造上相当于两个单向可控硅反向衔接，如图4.23所示。这种可控硅具有双导游通功能。其通断形状由控制极G决议。在控制极G上加正脉冲或负脉冲可使其正向或反向导通。这种安装的优点是控制电路简单，没有反向

50、耐压问题，因此特别适宜做交流无触点开关运用。 微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术图图4.23 4.23 双向可控硅的符号、构造及伏安特性双向可控硅的符号、构造及伏安特性 p113p113微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术和大功率场效应管一样，可控硅在与微型计算机接口衔接时也需加接光电隔离器，触发脉冲电压应大于4V；脉冲宽度应大于20s。在单片机控制系统中，常用单片机的某一根接口线或外接I/O接口的某一位产生触发脉冲。为了提高效率，要求触发脉冲与交流电压同步，通常采用检测交流电过零点来实现。图4.24所示为某电炉温度控制系统可控硅控制部分的电路原理图。微机控制技术4.2.5 可控硅接口技

51、术图图4.24 4.24 可控硅加热炉控制系统的原理可控硅加热炉控制系统的原理 p113p113微机控制技术426 电电磁阀阀接口技术术 电磁阀是在气体或液体流动的管路中受电磁力控制开闭的阀体。广泛运用于液压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。其构造原理，如图425所示。它由线圈、固定铁芯、可动铁芯及阀体等组成。当线圈不通电时，可动铁芯受弹簧作用与固定铁芯脱离，阀门处于封锁形状。当线圈通电时，可动铁芯抑制弹簧的弹力作用而与固定铁芯吸合，阀门处于翻开形状。这样，就控制了液体和气体的流动。流体推进油缸或气缸转换为物体的机械运动，完成往复运动。电磁阀有交流和直流两种。交流电磁阀运用方便，但容易

52、产生颤抖，启动电流大，并会引起发热。直流电磁阀可靠，但需专门电源，如12V、24V、48V。 微机控制技术426 电电磁阀阀接口技术术 图图425 425 电磁阀构造原理图电磁阀构造原理图 p114 p114微机控制技术426 电电磁阀阀接口技术术 电磁阀种类很多，常用的换向阀有两位三通、两位四通、三位四通等。这里所谓的位是指滑阀位置，通指流体的通路。 由于电磁阀也是由线圈的通断电来控制的，其任务原理与继电器根本相通，只是带动活动阀芯运动而已，故其与微型机的接口与继电器一样，也是由光电隔离及开关电路等来控制的，关于直流型电磁阀的运用请参阅本节继电器接口部分。微机控制技术426 电电磁阀阀接口技

53、术术 对于交流电磁阀由于线圈要求是交流电，所以通常运用双问可控硅驱动或运用一个直流继电器作为中间继电器控制。图426为交流电磁阀接口电路图。微机控制技术426 电电磁阀阀接口技术术 图图426 426 交流电磁阀接口电路交流电磁阀接口电路 p114 p114微机控制技术426 电电磁阀阀接口技术术 图中交流电磁阀圈由双向可控硅KS驱动。KS的选择要满足：额定任务电流为交流电磁阀线圈任务电流的23倍；额定任务电压为交流电磁阀线圈电压的23倍。对于中小尺寸220V任务电压的交流电磁阀，可以选择3A、600V的双向可控硅。 光电隔离器MOC 3041的作用是触发双向晶闸管KS以及隔离微型机和电磁阀系

54、统。光电隔离器的输入端接7407，电单片机8031的P1.0脚控制。当P1.0输出为低电平常，双向晶闸管KS导通，电磁阀吸合；PC0输出高电平常，双向晶闸管KS关断，电磁阀释放。MOC3041内部带有过零电路，因此，双向晶闸管KS任务在过零触发方式 微机控制技术4.3 电电机控制接口技术术 工业企业中，常用电机作原动机去拖动各种消费机械。如在工业企业中，常用电机作原动机去拖动各种消费机械。如在机械工业、冶金工业、化学工业中，各种机床、电铲、吊车、机械工业、冶金工业、化学工业中，各种机床、电铲、吊车、轧钢机、抽水机、鼓风机、阀门、传送带等。轧钢机、抽水机、鼓风机、阀门、传送带等。 在自动控制系统

55、中，各种类型小巧灵敏的控制电机广泛作为在自动控制系统中，各种类型小巧灵敏的控制电机广泛作为检验、放大、执行和解算元件。检验、放大、执行和解算元件。 随着系统的开展，对电机拖动系统的要求愈来愈高。如随着系统的开展，对电机拖动系统的要求愈来愈高。如: :提高提高加工精度及任务速度、快速启动、制动及逆转、实现宽范围加工精度及任务速度、快速启动、制动及逆转、实现宽范围内的调速和整个消费过程自动化等。内的调速和整个消费过程自动化等。 要完成这些义务，除电机外，还必需有自动化控制设备来控要完成这些义务，除电机外，还必需有自动化控制设备来控制电机。制电机。微机控制技术4.3 电电机控制接口技术术 电机控制开

56、展历程：电机控制开展历程： 交流放大器交流放大器磁放大器磁放大器可控离子变速器可控离子变速器可控硅可控硅计算机计算机 控制安装向集成化、小型化、微型化、智能化方向开展。控制安装向集成化、小型化、微型化、智能化方向开展。 微型计算机及单片机的开展，微型计算机及单片机的开展， 使电机控制发生了革命性的飞跃。使电机控制发生了革命性的飞跃。 本节主要讲述小功率直流电机控制原理。本节主要讲述小功率直流电机控制原理。微机控制技术431 小功率直流电电机调调速原理微机控制技术图图427 427 脉冲宽度调速系统原理图脉冲宽度调速系统原理图 p116 p116431 小功率直流电电机调调速原理小功率直流电机构

57、造与原理：小功率直流电机构造与原理： 由定子和转子两大部分组成由定子和转子两大部分组成 定子上有一磁极，磁极上绕有励磁绕组。定子上有一磁极，磁极上绕有励磁绕组。 转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内装内装 有电枢绕组，绕组经过换问器和电刷有电枢绕组，绕组经过换问器和电刷引出。引出。微机控制技术431 小功率直流电电机调调速原理 在励磁式直流伺服电机中，在励磁电压和负载转矩恒定时在励磁式直流伺服电机中，在励磁电压和负载转矩恒定时 电机转速由电枢电压电机转速由电枢电压 Ua Ua 决议：决议： 电枢电压越高，电机转速就越快；电枢电压越高，电机转速就越快；

58、电枢电压电枢电压 Ua Ua 降至降至 0V 0V 时，电机仃转；时，电机仃转； 改动电枢电压的极性，电机改动转向。改动电枢电压的极性，电机改动转向。 运用计算机控制小功率直流电机调速系统的方法运用计算机控制小功率直流电机调速系统的方法: : 改动电机电枢电压接通或断开时间的比值即占空比控制改动电机电枢电压接通或断开时间的比值即占空比控制 马达转速，称为脉冲宽度调制马达转速，称为脉冲宽度调制Pulse Width ModulationPulse Width Modulation, , 简称简称 PWM PWM。 PWM PWM调速原理如图调速原理如图427427所示。所示。微机控制技术431

59、小功率直流电电机调调速原理 在通电脉冲作用下：在通电脉冲作用下： 高电平常，马达速度添加；高电平常，马达速度添加； 低电平常，速度逐渐减少。低电平常，速度逐渐减少。 改动通、断电时间，可使马达速度到达一定的稳定性。改动通、断电时间，可使马达速度到达一定的稳定性。 设电机永远接通电源时，转速为设电机永远接通电源时，转速为VmaxVmax， 那么电机的平均速度为那么电机的平均速度为 Vd VdVmaxD (4-1)VmaxD (4-1) 式中，式中，Vd Vd 电机的平均速度；电机的平均速度； Vmax Vmax 电机全通电时的速度最大；电机全通电时的速度最大； D=t1/T D=t1/T 占空比

60、。占空比。 平均速度平均速度VdVd与占空比与占空比D D的函数曲线，如图的函数曲线，如图428428所示。所示。微机控制技术431 小功率直流电电机调调速原理图图428 428 平均速度与占空比的关系平均速度与占空比的关系 p117 p117 微机控制技术Vd Vd 与与占空比占空比 D D 不是完全不是完全线线性性关关系系近似近似线线性性关关系系432 开环开环脉冲宽宽度调调速系统统图图429 429 开环脉冲宽度调速系统原理图开环脉冲宽度调速系统原理图 p117 p117微机控制技术1 1开环开环脉冲脉冲宽宽度度调调速系速系统统的的组组成成432 开环开环脉冲宽宽度调调速系统统它由五部分