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1、实训成绩批阅教师日 期实 训 报 告课程名称 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 实训地点 2013 年 12 月 4 日目录项目一11.1项目名称11.2项目内容及要求11.3题目分析及设计思路11.4方案设计说明11.5单元设计说明21.5.1 NE555占空比可调电路21.5.2带保护的H桥驱动电路31.6完整电路原理分析41.7制作、调试情况51.8实训成果5项目二62.1项目名称62.2项目内容及要求62.3题目分析及设计思路62.4方案设计说明62.5完整电路原理分析72.5.1整体电路图72.5.2程序流程图82.5.3程序82.6制作、调试情况112.7实训成果11项目三12
2、3.1项目名称123.2项目内容及要求123.3题目分析及设计思路123.4方案设计说明133.5完整电路原理分析133.5.1红外管安装示意图133.5.2总体电路图143.5.3程序流程图143.5.4程序143.6制作、调试情况163.7实训成果16心得体会16项目一1.1项目名称直流电机调速控制1.2项目内容及要求内容:根据给定的直流电机,试设计、制作一个PWM调速可逆驱动控制电路,能在0V、5V的方向控制电压和05V的转速控制电压的作用下,使电机正转、反转、加速、减速。电路形式不限。要求:1. 画出电路的系统框图,说明电路方案设计的思路、理由或依据;2. 分单元画出各单元具体的电路图
3、,阐述电路的工作原理,介绍电路中主要元器件的作用及其参数的确定原则或依据;3. 画出完整的电气原理图,介绍整体电路的工作原理;4. 如果采用了单片机,给出单片机程序的流程图和清单,说明程序的工作原理。5. 制作实物电路,验证设计、制作是否正确。1.3题目分析及设计思路本项目的设计要点是调速和换向。应当注意的是:如果采用H桥式驱动,同一边的两个晶体管不能同时导通;电机启动时,瞬间电流会稍大一些,设计时应当考虑。电动机要实现换向,可以调换电源正负极和励磁电源正负极,对于永磁直流电动机,只能调换电源正负极。单片机能给某个IO高电平或低电平,但驱动电机,没有足够的驱动能力(驱动电流小,带负载能力弱),
4、利用三极管组成H桥式电路可以解决驱动及换向的问题。H桥式电路可以是集成的H桥芯片,也可以根据原理,采用分立元件构建H桥。电动机要实现调速,一般采用调压调速,常用的方法为PWM调速。PWM实现的方法常用的有集成PWM模块(如单片机片上PWM)和NE555占空比可调。1.4方案设计说明电动机调速采用NE555占空比可调电路实现。NE555能产生占空比可调的方波,实现简单,价格便宜,能基本完成相应功能,而集成PWM模块价格昂贵,用于这里有点大材小用了。电动机换向采用分立元件构建H桥的方式。市场上有集成的H桥芯片,如L9110H、LM298N等专用电机驱动芯片,基于实验室没有H桥芯片,实际的设计当中采
5、用分立元件构建H桥,这样,在设计上就要充分考虑到H桥驱动的注意事项(同一边的两个晶体管不能同时导通)。最终采用NE555占空比可调PWM电路和分立H桥电路的方案,系统框图如下图1.1所示。NE555占空比可调电路带保护的H桥驱动电路MDIRPulse图1.1、电动机调速系统框图1.5单元设计说明1.5.1 NE555占空比可调电路如图1.2所示,为NE555占空比可调电路原理图。图1.2、NE555占空比可调电路原理图NE555占空比可调电路是由一般的555多谐振荡器演变而来,根据二极管的单向导电特性,将充放电回路隔开,实现频率不变,占空比可调。理论上,该电路占空比可调范围为:R1/(R1+R
6、V1+R2) R1+R2/(R1+RV1+R2)即8.3%91.7%。增大滑动变阻器的阻值或减小R1和R2的阻值,可以增大调速范围,但不能达到100%。虽说电机无法达到全速,但实际控制中,占空比为91.7%,已经很接近全速了。1.5.2带保护的H桥驱动电路如图1.3所示,为H桥驱动电路。 图1.3、H桥驱动电路H桥驱动电路的形式为上半臂为PNP型三极管,下半臂为NPN型三极管,形状酷似H,故名H桥。如上图所示,当Q1和Q4导通时,电机正转;当Q2和Q3导通时,电机反转。实际设计中大体有两种控制方法:1、A控制Q1和Q4的导通和截止,B控制Q2和Q3的导通和截止;2、A控制Q1的导通(截止),控
7、制Q4的截止(导通),B控制Q2的导通(截止),控制Q3的截止(导通)。前一种控制方式有一个弊端:若A、B同时输入高电平,会导致四个晶体管都导通,电源会短路,在设计中还需要逻辑分析和设计。后一种设计方法就克服了电源短路问题,不管A、B是什么电平,同一桥臂的上下晶体管不可能同时导通。如果A、B同时为0,因为Q1和Q3没有导通,Q2和Q4仅仅作为二极管;如果A、B同时为1,因为Q2和Q4没有导通,Q1和Q3仅仅作为二极管;此次的设计就是采用了方式2的控制方法。1.6完整电路原理分析电路分为两部分:NE555占空比可调电路和H桥驱动电路,如下图1.4所示。图1.4、完整电路原理图电路原理说明:NE5
8、55占空比可调电路产生PWM可调的脉冲,当滑动变阻器RV1向上滑动时,充电时间减小,占空比减小(方波频率不变),当滑动变阻器RV1向下滑动时,充电时间增大,占空比增大。H桥驱动电路有三个控制端:A、B和EN。当A=1,B=0时,电机正转;当A=0,B=1时,电机反转;当A=0,B=0(或A=1,B=1)时,电机不转。现就A=1,B=0,的情况作分析:A=1,控制信号经过R9和74LS04,信号反向为0,Q2截止;A和EN经过74LS08与门控制Q1和Q5的导通截止,EN=1,Q1和Q5就导通,EN=0,Q1和Q5就截止;B=0,Q3和Q6截止;控制信号经过R10和74LS04,信号反向为1,该
9、信号和EN经过74LS08与门控制Q4的导通截止,EN=1,Q4就导通,EN=0,Q4就截止;因此,A=1,B=0时,实质是EN控制Q1和Q4的导通截止。EN端占空比越大,给电机的平均电压就越大,电机转速也高,两者结合,起到方向和速度的控制。1.7制作、调试情况NE555占空比可调电路在课本上有基本原理图,根据实际情况选定频率,计算电阻、电容的值,只要元器件是好的,焊接没有错误,就能实现占空比可调。制作过程中遇到问题的是H桥驱动电路的制作。在最初的设计中,并没有Q5和Q6,电路图如图1.5所示。图1.5、最初H桥设计在A=1,B=0,EN=1的情况下,电机不转,理论上a点电位为5V,b点电位为
10、0.7V,测试a点点位为2.3V,Q1还有点烫手。于是断开a、b、c、d四点,分别测控制电压a=5V,b=0V,c=0V,d=5V,完全正确。可以确定控制信号接上H桥驱动部分后,信号出错了,还可以肯定错误在上半桥臂。查阅课本,发现PNP型三极管与NPN型三极管的不同,H桥的Q1基极电流是流出的,74LS08控制Q1的电流也是流出的,电流同时流向同一节点a,没有流出,这与基尔霍夫电流定律KCL相悖,最后在a、b亮点分别加了Q5和Q6,解决了电流的问题,电机运行正常,三极管也没有发烫的现象了。1.8实训成果电机在A=5V、B=0V的方向控制电压下,能够正转,在A=0V、B=5V的方向控制电压下,能
11、够反转;在占空比可调的脉冲控制下,能够加速、减速。电机的调速范围比较宽,调节滑动电阻器,使电机加速,启动过程中,不需要人为的拨动电机,就可以转起来,并且三极管没有发烫的现象,运行良好。项目二2.1项目名称步进电机驱动2.2项目内容及要求内容:用三个发光管指示灯代替步进电机的三相绕组,试设计、制作一个“单三拍”驱动控制电路,使步进电机能在0V、5V的方向控制电压和5V的控制脉冲的作用下“正转”或“反转”。电路形式不限。要求:1. 画出电路的系统框图,说明电路方案设计的思路、理由或依据;2. 分单元画出各单元具体的电路图,阐述电路的工作原理,介绍电路中主要元器件的作用及其参数的确定原则或依据;3.
12、 画出完整的电气原理图,介绍整体电路的工作原理、性能或特点;4. 如果采用了单片机,给出单片机程序的流程图、清单并说明程序的工作原理。5. 制作实物电路,验证设计、制作是否正确。2.3题目分析及设计思路本项目的设计要点是步进电机的换向。步进电机的正反转由励磁脉冲产生的顺序来控制。基于有实物步进电机,在设计时,采用“单四拍”的驱动控制方式。四相步进电机的励磁信号引线有四根,分别为A、B、 ,当电机要正转时,给四条信号线通电的顺序为ABA;当电机要反转时,给四条信号线通电的顺序为ABA。由上述的驱动顺序来看,有点像流水等的驱动。其实就是相同的驱动方式,只不过驱动所需的电流不同而已。因此步进电机的驱
13、动大体有三种:1、基于数字计数芯片的纯硬件电路,2、基于门电路和触发器的环形分配器3、基于单片机的编程。利用单片机编程驱动的话,要考虑到单片机的IO驱动电流小,带负载的能力较弱,利用达林顿管ULN2003A可以解决驱动。2.4方案设计说明基于数字计数芯片的纯硬件电路,能很好的实现步进电机的正反转,但需制作一个脉冲发生器,电路相对复杂;基于门电路和触发器的环形分配器,电路简单,但逻辑关系复杂,需要的门电路芯片较多,焊接繁琐;基于单片机的步进电机驱动,不仅结构简单,而且利用单片机实现流水灯是一件非常容易的事情,步进电机脉冲频率可以通过延时的大小来设置,程序很简单。最终采用基于单片机的步进电机驱动的
14、方案,系统框图如下图2.1所示。单片机步进 电机按键ULN2003A电机驱动图2.1、步进电机驱动系统框图2.5完整电路原理分析2.5.1整体电路图如下图2.2所示,为步进电机驱动整体电路图。图2.2 步进电机驱动整体电路图2.5.2程序流程图开始INT0、INT1、T0初始化state_flag= =1direc_flagNOdirec_flag=1direc_flag=0正转反转结束INT0中断入口INT1中断入口T0中断入口关中断使能EA运行标志复位方向标志复位退出中断开中断使能EA关中断使能EA运行标志置1方向标志置0退出中断开中断使能EA关中断使能EA运行标志置1方向标志置1退出中断开中断使能EA2.5.3程序#include sfr AUXR = 0x8e;