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,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,徐州建筑职业技术学院,信息电子 工程学院,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,#,微控制器系统设计与应用,江苏建筑职业技术学院,刘燎原,微控制器系统设计与,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,徐州建筑职业技术学院直流电机步进电机电机模块PROTEUS,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,徐州建筑职业技术学院,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。,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,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。,徐州建筑职业技术学院一、概述,徐州建筑职业技术学院,二、步进电机的工作原理,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。,徐州建筑职业技术学院二、步进电机的工作原理步进电动机构造：由,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,ABBCCAAB,逆时针轮回,BAACCBBA,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,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,AABBBCCCAA,逆时针轮回,AACCCBBBAA,徐州建筑职业技术学院3.1-2相励磁方式,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,12VDC,5.,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,徐州建筑职业技术学院三.步进电动机主要参数,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 80,8 1001 90,5,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,徐州建筑职业技术学院5线四相八拍，相序表如下：正反,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;,.,for(i=0;i8;i+),for(j=0;j8;j+),P1=zzj;delay();,内部转子转,1,圈,徐州建筑职业技术学院unsigned char code z,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。,徐州建筑职业技术学院四、步进电机的驱动,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,徐州建筑职业技术学院ULN2003：反相驱动芯片，高压大电流,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,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,微控制器系统设计与应用,徐州建筑职业技术学院,刘燎原,微控制器系统设计与,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,复习1.电脉冲转化为角位移徐州建筑职业技术学院,徐州建筑职业技术学院,8.2,直流电机,徐州建筑职业技术学院,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。,徐州建筑职业技术学院一、简介,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,。,徐州建筑职业技术学院,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，,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,2.直流电机的PWM调速徐州建筑职业技术学院,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,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,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,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,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,2.L298驱动芯片徐州建筑职业技术学院,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,IN1、IN2、IN3、IN4引脚通过置高电平和低电平组合实,徐州建筑职业技术学院,徐州建筑职业技术学院,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,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,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)
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