机电一体化系统设计-复习

返回目录回看结束放映11机电一体化系统设计WHYWHATHOW--WWH返回目录回看结束放映22机电一体化系统设计参考资料《机电一体化系统设计与应用》张训文北京理工大学出版社2006《机电一体化系统设计》曾励高等教育出版社2004考核形式试卷，闭卷作业与考勤返回目录回看结束放映3返回目录回看结束放映4返回目录回看结束放映5为使电动机实现双向调速，多采用下图所示桥式电路，其工作原理与线性放大桥式电路相似。电桥由四个大功率晶体管VT1~VT4组成。如果在VT1和VT3的基极上加以正脉冲的同时，在VT2和VT4的基极上加负脉冲，这时VT1和VT4导通，VT2和VT4截止，电流沿+90V→c→VT1→d→M→b→VT3→a→0V的路径流通。设此时电动机的转向为正向。反之，如果在晶体管VT1和VT3的基极上加负脉冲，在VT2和VT4的基极上加正脉冲，则VT2和VT4导通，VT1和VT3截止，电流沿+90V→c→VT2→b→M→d→VT4→a→0V的路径流通，电流的方向与前一情况相反，电动机反向旋转。显然，如果改变加到VT1和VT3、VT2和VT4这两组管子基极上控制脉冲的正负和导通率，就可以改变电动机的转向和转速。返回目录回看结束放映6返回目录回看结束放映7步进电动机是一种将脉冲信号转换为角位移的执行元件步进电动机是一种纯粹的数字控制电动机。其角位移与输入脉冲数严格成正比，旋转一周没有累计误差需要脉冲电源（产生旋转磁场、提供功率驱动）第四节步进电动机及其驱动返回目录回看结束放映8三种常见的步进电动机：可变磁阻（反应式）步进电动机永磁式步进电动机混合式步进电动机√第四节步进电动机及其驱动返回目录回看结束放映9（可变磁阻）步进电动机工作原理CACABB定子1423转子三相步进电动机简化图三相：A-AB-BC-C步进电动机按其工作原理分磁电式反应式当某相处于对齿状态时，其它相处于错齿状态。返回目录回看结束放映10步进电动机工作原理小知识：磁阻最小原理磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合，因磁场扭曲而产生切向拉力。切向拉力变化过程错齿状态对齿状态产生了磁阻性质的转矩返回目录回看结束放映11（可变磁阻）步进电动机工作原理三拍一个循环，转子旋转了一个齿极，空间角度为90°。步距角为30°。1.三相三拍或单三拍工作方式CAC`A`B`B1423三相三拍工作方式CAC`A`B`BCAC`A`B`B逆时针旋转30°30°30°表示该相通电1423通电顺序为：A→B→C→A返回目录回看结束放映12（反应式）步进电动机工作原理小知识：拍通常把由一种通电状态转换到另一种通电状态叫做一拍。步距角每一拍转子转过的角度。三相单三拍三相是指定子为三个绕组，单是指每拍只有一相通电，三拍是指经过三次切换绕组的通电状态为一个循环。返回目录回看结束放映13（可变磁阻）步进电动机工作原理2.三相六拍工作方式CAC`A`B`B三相六拍工作方式14231423通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A六拍一个循环，转子旋转了一个齿极，空间角度为90°。步距角为15°。11:12返回目录回看结束放映14（可变磁阻）步进电动机工作原理3.双三拍工作方式CAC`A`B`B双三拍工作方式通电顺序为：AB→BC→CA→AB三拍一个循环，转子旋转了一个齿极，空间角度为90°。步距角为30°。返回目录回看结束放映15（可变磁阻）步进电动机工作原理三种工作方式比较三相三拍工作方式：三相六拍工作方式：双三拍工作方式：每次只有一相绕组通电，切换瞬间会失去自锁转矩，易产生失步。且一相绕组产生的力矩相对较小，在平衡位置易产生振荡。电动机运转中至少有一相绕组通电，运转比较平稳。步距角是三相三拍工作方式步距角的一半。电动机运转中总有两相绕组通电并产生力矩，运转比较平稳。返回目录回看结束放映16三、步进电动机的运行特性1、步距角360PKZP定子相数；Z转子齿数；m通电拍数KmKP2K1K通电系数，，三相六拍三相三拍；；360mZ步进电机运行一拍，其转子转过的转角度。对应一个转角当量：转角/脉冲。返回目录回看结束放映17步进电动机伺服控制执行部件移动方向的控制正向反向方向控制位移量控制……只要控制进给脉冲正反向，就可以控制执行部件的移动方向。正向反向正转反转11:12★通过控制输入脉冲数量、频率、方向控制执行部件的位移量、速度、移动方向返回目录回看结束放映181BasicArchitectureandPrinciplesofMicrocomputerSystem(1)CPU：(MPU)ALU、Controller、Register(2)MemorySystemROM、RAM(3)I/OInterface(4)I/ODevice(5)Bus：AB、DB、CB(6)Software(7)WorkingPrinciples返回目录回看结束放映19总线是指信息传送的公共通道，是沟通微型计算机各部分的桥梁。①、AB：AddressBusAB和所有存储器及I/O接口的设备码线相连，用以决定CPU哪一个存储器单元或I/O接口进行数据交换。②、DB：DataBus③、CB：ControlBus(4)Bus：AB、DB、CB返回目录回看结束放映20计算机通过执行程序完成人们指定的任务，程序由一条一条指令构成，能为CPU识别并执行的指令的集合就是该CPU的指令系统。MCS-51单片机汇编语言指令格式:操作符目的操作数，源操作数•操作符指明该指令完成什么操作；•操作数是指明该指令的操作对象。•目的操作数是存放结果的。•指令中操作数提供的方式称为寻址方式。返回目录回看结束放映212.1寻址方式1、立即寻址指令中直接给出操作数的寻址方式。在51系列单片机的指令系统中，立即数用一个前面加“#“号的8位数(#data，如#30H)或16位数(#data16，如#2052H)表示。立即寻址中的数，称为立即数。例如指令：MOVA，#30H;30H→A,执行后A=30HMOVDPTR，#2000H；返回目录回看结束放映222、直接寻址操作数的地址直接出现在指令中。寻址对象：①内部数据存贮器：使用它的地址。②特殊功能寄存器：既可使用它的地址，也可以直接使用寄存器名。例：MOVA，40H;A=56H操作前，A的值不定，操作后A的值为40H中的值，即56H.返回目录回看结束放映2341H78H40H78HMOV40H，41H内部RAM（41H）→（40H）（40H）=（41H）=78H操作前41H78H40H→操作后返回目录回看结束放映242.4控制转移指令•这一类指令的功能是改变指令的执行顺序，转到指令指示的新的PC地址执行。•MCS-51单片机的控制转移指令有以下类型：•无条件转移：无需判断，执行该指令就转移到目的地址。•条件转移：需判断标志位是否满足条件，满足条件转移到目的地址，否则顺序执行。•绝对转移：转移的目的地址用绝对地址指示，通常为无条件转移。•相对转移：转移的目的地址用相对于当前PC的偏差（偏移量）指示，通常为条件转移。•长转移或长调用：目的地址距当前PC64KB地址范围内。•短转移或短调用：目的地址距当前PC2KB地址范围。返回目录回看结束放映252.4控制转移指令•短转移指令：(ShortJump)相对寻址SJMPRELPC←PC+2+REL目标地址的形成：PC←PC+2，PC←PC+REL。该指令执行完后，程序从现行地址跳过由REL规定的一段程序空间，而转至目标地址。转移范围：(PC+2)-128~(PC+2)+127。因为REL偏移量是用8位二进制补码表示的相对转移偏移量。REL的提供方式：直接提供数值提供目标地址的语句标号，偏移量由系统计算。返回目录回看结束放映262.4控制转移指令•减1条件转移指令：•指定字节减1，根据减1后该字节是否为零决定是否转移。DJNZRn,RELRn=Rn-1,Rn≠0则转移,PC←PC+2+RELDJNZDIRECT,REL(DIRECT)=(DIRECT)-1,(DIRECT)≠0则转移,PC←PC+2+REL减1条件转移指令都是相对寻址。返回目录回看结束放映272.4控制转移指令•子程序调用及返回•子程序调用指令：ACALLaddr11PC←PC+2SP←SP+1,(SP)←PC0~7SP←SP+1,(SP)←PC8~15PC0~10←addr11LCALLaddr11PC←PC+3SP←SP+1,(SP)←PC0~7SP←SP+1,(SP)←PC8~15PC←addr16返回目录回看结束放映28•1）分析问题，明确任务；•2）总体设计，拟定性/价比最高的方案；•3）硬件设计；•4）软件设计；•5）系统调试。设计单片机系统的步骤返回目录回看结束放映29某广告灯，要求8个灯循环点亮，即8个灯点亮顺序循环左移（或右移），循环不止。•1）分析问题，明确任务；•2）总体设计。•3）硬件设计。简化起见，采用8个发光二极管代替广告灯。根据设计要求，可采用单片机的输出口P1并行输出驱动8个发光二极管，硬件电路如下：被控对象是8个发光二极管，采用共阳极接法，8个发光二极管的阴极分别由P1.0—P1.7控制。若P1的某位输出为“0”，相应位的发光二极管的阴极为低电平，则该管加正向电压被点亮发光。若P1口的某位输出为“1”，则相应位的发光二极管截止而熄灭。返回目录回看结束放映30D?VL01KR?Res2P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.79101112131415161718192089C51MHDR1X20D?LED0D?VL1D?VL2D?VL31KR?Res21KR?Res21KR?Res2D?VL41KR?Res2D?VL5D?VL6D?VL71KR?Res21KR?Res21KR?Res2VCC返回目录回看结束放映314）软件设计根据以上原理和硬件电路设计结果，软件设计如下：使P1口每一位依次输出“0”，点亮相应位的发光二极管，并经软件延时后，将“0”左移一位后输出，不断循环。流程图及程序如下：返回目录回看结束放映32开始初始化P1.n控制第n+1个发光二极管结束延时调延时子程序返回n=n+1n=7NY返回目录回看结束放映334）软件设计•DJNZR2,LP1DJNZR1,LPRETENDORG0000HMOVA,#0FEHLOOP:MOVP1,ALCALLDELAYRLASJMPLOOPDELAY:MOVR1,#0FFHLP:MOVR2,#80HLP1:NOPNOP返回目录回看结束放映344）软件设计ORG0000HMOVA,#0FEH；FEH为点亮第一个发光二极管的代码LOOP:MOVP1,A；点亮P1.0位控制的发光二极管LCALLDELAY；调用延迟一段时间的子程序RLA；“0”左移一位SJMPLOOP；不断循环DELAY:MOVR1,#0FFH；延时子程序入口LP:MOVR2,#80HLP1:NOP…RET…返回目录回看结束放映35•5）系统调试。利用单片机开发装置调试此程序，在开发机上进行仿真调试并运行成功后，将此程序写入电路中的单片机程序存储器ROM中，即可投入使用。返回目录回看结束放映362.2指令寻址方式1.编址方式1)位编址：寄存器标识符+字节地址.位地址，如I0.0、M0.1、Q0.2等。2)字节编址：寄存器标识符+字节长度B+字节号，如IB1、VB20、QB2等。3)字编址：寄存器标识符+字长度W+起始字节号，如VW20表示VB20和VB21这2个字节组成的字。4)双字编址：寄存器标识符+双字长度D+起始字节号，如VD20表示从VB20到VB23这4个字节组成的双字。返回目录回看结束放映371)立即数寻址对立即数直接进行读写操作的寻址称为立即数寻址。立即数寻址的数据在指令中以常数形式出现。常数的大小由数据的长度（二进制数的位数）决定。在S7-200系列PLC中，常数值可为字节、字或双字。存储器以二进制方式存储所有常数。指令中可用二进制、十进制、十六进制或ASC