《机电一体化应用技术》-项目四机电控制应用

任务4.1步进电机控制器4.1.1步进电机控制器操作指导

1.步进电机控制器原理图如图4一1所示为本任务的步进电机控制器原理图。图中的3态输出缓冲器/线驱动器/线接收器74LS244,ULN2003组成了步进电机的驱动电路，按键K1~K4为电机运行控制键，所采用的步时电机型号为PM25S一024一10。

2.连线用4根导线分别把P0口的P0.0,P0.1,P0.2,P0.3连K1~K4，用8根导线分另11把P2.0~P2.7连74L5244的2,4,6,8,11,13,15,17引脚。

3.使用KeilC51编写、编译程序下一页返回任务4.1步进电机控制器4.将控制程序烧写到单片机

5.操作、观察并记录实验板效果

(1)线路连接好后，当单片机最小系统通电时电机开始以一定的转速正转(即顺时针方向)，这是因为电机控制系统默认电机初始的转向为正转。

(2)按K1键:完成一次K1键的按键动作(即按下并放开按键)，步进电机正转。

(3)按K2键:按一次K2键，电机反转(即逆时针方向)。

(4)按K3键:按一次K3键，电机的转速增加一定的幅度，且每按一次电机的转速都会增加一次，直到按K3键5次后，电机的转速达到最大，不再加速，即K3键为加速键。

(5)按K4键:当电机以最大的转速转动时，每按一次K4键，电机的转速都会下降一定的幅度，直到按K4键5次后，电机的转速不再减小，即K4键为减速键。下一页返回上一页任务4.1步进电机控制器4.1.2扩展要求:利用单片机实现直流电机的运行控制

1.直流电动机驱动电路小功率直流电动机的驱动一般也是采用集成驱动芯片。如集成驱动芯片LG9110就常用来作为直流电机的驱动电路，其引脚和功能如图4一2所示。其中IA,IB为电机转向控制信号输入端;0A,0B为驱动电机功率输出端。改变输入控制信号的逻辑电平，输出电平也相应改变，从而达到控制电机正、反转的作用。电平的逻辑关系及引脚连接方法如图4一3所示。下一页返回上一页任务4.1步进电机控制器2.直流电机的运行要求参考步进电机的运行控制编程，以图4-4、图4-5为直流电机驱动电路方案，编程实现直流电机正转、反转、加速和减速的控制。4.1.3步进电机及其控制原理1.步进电机的特点步进电机是一种将脉冲信号变换成相应角位移或线位移的数字控制电动机，属于较为特殊的电动机。普通电动机都是连续转动的，而步进电机则有定位和运转两种基本状态。当有脉冲输入时，步进电机将跟随脉冲一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转动一定的角度(即步距角)，其所带动的机械传动机构就移动一小段距离，因此它又被称为脉冲电机。

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步进电机的直线位移或角位移的多少与脉冲个数成正比，转速与脉冲频率成正比，通过改变单片机发送的脉冲频率即可调节电机的转速，所以只要控制输入脉冲的数量、频率及电机绕组通过的相序，就能方便地获得所需的转角、位移、转速及转动的方向。步进电机调速范围广，输出转角容易控制，且输出精度高，被广泛用于开环控制系统中。

2.步进电机的类型步进电机可分为3大类:(1)反应式步进电机(variablereluclance,VR)(2)永磁式步进电机(pertnanenltnagenl,PM)(3)混合式步进电机(hybrid,HB)下一页返回上一页任务4.1步进电机控制器3.单片机控制步进电机原理

(1)控制换相顺序步进电机的通电换相顺序严格按照步进电机的工作方式进行。通常我们把通电换相这一过程称为脉冲分配。例如:四相步进电机的单四拍工作方式，其各相通电的顺序为A一B一C一D，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C,D的通电和断电。(2)控制步进电机的转向对于步进电机来说，如果按给定的工作方式正序通电换相，步进电机就正转;如果按反序通电换相，则电动机就反转。下一页返回上一页任务4.1步进电机控制器(3)控制步进电动机的速度如果给电动机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电动机就转得越快。因此，脉冲的频率决定了步进电动机的转速。调整单片机发出脉冲的频率，就可以对步进电动机进行调速。

4.步进电机驱动器的设计步进电机多采用专用的集成驱动电路，ULN2003A就是步进电机集成驱动电路中的一种。ULN2003A是高耐压、大电流达林顿陈列，由一七个硅NPN达林顿管组成。

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该电路的特点如下:ULN2003A的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

ULN2003A工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行，其引脚如图4-4所示。其中UNL2003A的引脚功能如表4一1所示。4.1.4源程序分析:理解流程图1.编程说明下一页返回上一页任务4.1步进电机控制器

编程的设计思路为:系统启动后电机以顺时针方向第1挡运转，然后根据控制按键状态的查询结果，调用对应的电机运转控制子程序。例如，当查询到K1键按下时，调用电机正转控制子程序，通过P2口依次送出03H,06H,0CH,09H步进电机正转控制代码;当查询到K2键按下时，调用电机正转控制子程序，通过P2口依次送09H,0CH,06H,03H步进电机反转控制代码;当查询到K3键按下时，调用电机加速控制子程序;当查询到K4键按下时，调用电机减速控制子程序。

2.流程图程序参考流程图如图4-5所示。4.1.5任务报告要求报告的格式可参考附录。在本任务的报告中，完成两个扩展要求的说明。返回上一页任务4.2空调机温度控制系统4.2.1空调机温度控制系统操作指导

1.空调机温度控制系统原理图如图4-6所示为本任务的空调机温度控制原理图。该温度控制系统电路由单片机系统电路、DS18B20测温电路、键盘模块电路、数码管显示电路、空调机制冷/制热控制电路及系统复位电路等组成。

2.连线在电路的实际设计中是采用分模块设计的。主机模块包含电源开关、复位开关、声光报警元器件;显示模块包含共阳数码管显示电路、温度传感器DS18B20,控键。因此在实际连接时要用一根8线的排线把单片机的P0口接数码管的段码线，用一根8线的排线把单片机的P2口接数码管的位选线，用5根导线分别把P1口的P1.3,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7连K1~K5，用1根导线把单片机的P3.3口连到DS18B20的DQ引脚。下一页返回任务4.2空调机温度控制系统3.使用KeilC51编写、编译程序4.将控制程序烧写到单片机5.操作、观察并记录实验板效果(1)线路连接好后，当给系统通电后则数码管显示当前的环境温度值。(2)如果环境温度超过70℃

，则系统会发出高温报警。(3)如果环境温度低于一20℃，则系统会发出低温报警。4.2.2扩展要求(调温控制)

修改程序实现可用按键设置温度上、下限值，并在显示当前环境温度的同时显示设置好的温度值，并且调整设定温度值时能实时显示。下一页返回上一页任务4.2空调机温度控制系统4.2.3系统组成空调机温度控制系统由主控单元即AT89S52控制系统，键盘操作模块，测温模块，制冷控制模块和制热控制模块等主要部分组成，如图4一7所示。4.2.4温度传感器的介绍及控制原理

1.DS18B20与单片机的接口如图4一6所示，将DS18B20的引脚2接单片机的P3.3端，单片机从DS18B20读出或写入数据仅需一根口线。当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，为提供足够的电流，需要在数据线上接一个4.7KSL左右的上拉电阻，其他两个引脚分别接电源和地;用P1.4口把空调设定为制冷模式，用P1.5口把空调设定为制热模式，用P1.6口停止空调，用P1.7口启动空调。下一页返回上一页任务4.2空调机温度控制系统2.DS18B20的编程步骤

DS18B20是可编程器件，在使用时必须经过以下三个步骤:初始化、写操作、读操作。每一次读写操作之前都要先将DS18B20初始化复位，复位成功后才能对DS18B20进行预定的操作，三个步骤缺一不可。在编写相应的应用程序时，必须预先掌握DS18B20的通信协议和时序控制要求。

3.温度控制系统原理为了模拟实际使用的工作情形，在系统中把空调制热时的温度设定为70℃,而制冷设定为一20℃。空调机温度控制系统的工作原理是当系统通电后即开始工作，同时显示当前的环境温度值。下一页返回上一页任务4.2空调机温度控制系统4.2.5源程序分析:理解流程图

1.编程说明编制程序的主要功能是:当系统通电后系统开始工作，并实时显示当前环境的温度。当空调通电启动后，空调机的温度系统能自动实现对室内环境温度的调节。

2.理解流程图程序参考流程图如图4一8所示。4.2.6任务报告要求报告的格式可参考附录。在本任务的报告中，完成扩展要求的说明。返回上一页图4一1单片机控制步进电机驱动电路返回图4一2LG9100集成驱动芯

片引脚及说明返