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1、微控制器系统设计与应用,江苏建筑职业技术学院,刘燎原,徐州建筑职业技术学院,直流电机,步进电机,PROTEUS仿真,PROTEUS仿真,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,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,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
2、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,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,步进电机按相数（线圈个数）分为单相、双相、多相，以3
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,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 AACCCBB
4、BAA,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,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
5、 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,unsigned char code zz=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0xc0,0x80,0x90; unsigned char code fz=0x
6、90,0x80,0xc0,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01; . 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,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,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
7、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,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,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,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,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
8、，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。,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
9、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,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
10、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=t1T占空比，t1为接通时间，T为一个周期。 当我们改变占空比D=t1T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,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
11、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,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
12、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,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,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
13、加速、减速、正转、反转功能。,徐州建筑职业技术学院,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,void time0(void) interrupt 1 /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; else ENA=0; i+; ,徐州建筑职业技术学院,
