单片机项目实践教程刘燎原-项目八电机模块

微控制器系统设计与应用江苏建筑职业技术学院刘燎原信息电子工程学院徐州建筑职业技术学院直流电机步进电机电机模块PROTEUS仿真PROTEUS仿真信息电子工程学院徐州建筑职业技术学院情境六电机项目一步进电机（1）-----学习步进电机信息电子工程学院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。信息电子工程学院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。信息电子工程学院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。信息电子工程学院徐州建筑职业技术学院步进电机按相数（线圈个数）分为单相、双相、多相，以3相为例。定子的通电方式称为励磁方式。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相励磁方式顺时针轮回AB→BC→CA→AB逆时针轮回BA→AC→CB→BA信息电子工程学院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。顺时针轮回A→AB→B→BC→C→CA→A逆时针轮回A→AC→C→CB→B→BA→A信息电子工程学院徐州建筑职业技术学院三.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，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信息电子工程学院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1000101200110330010024011006501000461100C0710008081001905线：5根线，1根（红色）为电源线，其他4根分别为A.B.C.D，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。正转反转信息电子工程学院徐州建筑职业技术学院unsignedcharcodezz[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0xc0,0x80,0x90};unsignedcharcodefz[]={0x90,0x80,0xc0,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01};….for(i=0;i8;i++){for(j=0;j8;j++){P1=zz[j];delay();}}内部转子转1圈信息电子工程学院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。信息电子工程学院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信息电子工程学院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/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正转反转停止微控制器系统设计与应用徐州建筑职业技术学院刘燎原信息电子工程学院复习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信息电子工程学院徐州建筑职业技术学院8.2直流电机信息电子工程学院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，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。信息电子工程学院二、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，PulseWidthModulation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。徐州建筑职业技术学院信息电子工程学院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=t1／T占空比，t1为接通时间，T为一个周期。当我们改变占空比D=t1／T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信息电子工程学院三、直流电机驱动直流电机的驱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信息电子工程学院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信息电子工程学院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信息电子工程学院IN1、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信息电子工程学院徐州建筑职业技术学院信息电子工程学院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信息电子工程学院几个说明问题：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（持续时间200us），则占空比为20%。在周期固定的情况下，通过按键K1或K2修改高电平的值，即可修改占空比。徐州建筑职业技术学院信息电子工程学院voidtime0(void)interrupt1//中断函数{TH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256;if(i==9){i=0;}if(izkb)//zkb高电平的个数初值，输出PWM{ENA=1;}elseENA=0;i++;}徐州建筑职业技术学院