項(xiàng)目四--汽車直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制課件

1、第一節(jié) 單片機(jī)與鍵盤接口1.1 鍵盤工作原理 1按鍵的分類 按鍵按照接口原理可分為非編碼鍵盤與全編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的定義與識別，編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對鍵的識別。 2按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 盤是由若干獨(dú)立的鍵組成，鍵的按下與釋放是通過機(jī)械觸點(diǎn)的閉合與斷開來實(shí)現(xiàn)的，因機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合與斷開的瞬間均有一個(gè)不穩(wěn)定過程，如圖4-1所示。 前沿抖動(dòng)穩(wěn)定后沿抖動(dòng)圖4-1 按鍵觸點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)圖4-2是一種由R-S觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動(dòng)電路,電路工作過程如下：按鍵未按下時(shí)，a = 0，b = 1，輸出Q = 1，按鍵按下時(shí)，因按

2、鍵的機(jī)械彈性作用的影響，使按鍵產(chǎn)生抖動(dòng)，當(dāng)開關(guān)沒有穩(wěn)定到達(dá)B端時(shí)，因與非門B輸出為0反饋到與非門A的輸入端，封鎖了與非門A，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不會(huì)改變，輸出保持為1，輸出Q不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)的波形。當(dāng)開關(guān)穩(wěn)定到達(dá)b端時(shí)，因a = 1，b = 0，使Q = 0，雙穩(wěn)態(tài)電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。當(dāng)釋放按鍵時(shí)，在開關(guān)未穩(wěn)定到達(dá)a端時(shí)，因Q = 0，封鎖了與非門B，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不變，輸出Q保持不變，消除了后沿的抖動(dòng)波形。當(dāng)開關(guān)穩(wěn)定到達(dá)b端時(shí)，因a = 0，b = 0，使Q = 1，雙穩(wěn)態(tài)電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出Q重新返回原狀態(tài)。圖4-2 雙穩(wěn)態(tài)去抖電路3編制鍵盤程序一個(gè)完整的鍵盤控制程序應(yīng)具備以下功能：判斷鍵盤上是

3、否有鍵閉合按鍵消抖確定閉合鍵的物理位置按鍵編碼1.2 獨(dú)立式鍵盤及其接口1獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)獨(dú)立式按鍵是指直接用I/O線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖4-3所示。圖中電路中，按鍵輸入均采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平。當(dāng)I/O口線內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外電路可不接上拉電阻。圖4-3 獨(dú)立式按鍵電路2獨(dú)立式按鍵的軟件結(jié)構(gòu)如圖4-3的電路，設(shè)計(jì)出獨(dú)立式鍵盤，當(dāng)CPU空閑時(shí)調(diào)用鍵盤掃描子程序，響應(yīng)鍵盤的輸入要求。隨機(jī)掃描程序如下：SMKEY： ORL P1，#0FFH ；置P1口為輸入

4、方式LOOP： MOV A，P1 ；讀P1口信息 CJNE A，#0FFH，PL0 ；有鍵按下否？ SJMP LOOP ；無鍵按下等待PL0： LCALL DELAY ；調(diào)延時(shí)去抖動(dòng) MOV A，P1 ；重讀P1口信息 CJNE A，#0FFH，PL1 ；非誤讀轉(zhuǎn) SJMP LOOP PL1： JNB ACC.0，P0K ；0號鍵按下，轉(zhuǎn)0號鍵處理 JNB ACC.1，P1K ；1號鍵按下，轉(zhuǎn)1號鍵處理 JNB ACC.7，P7K ；7號鍵按下，轉(zhuǎn)7號鍵處理 LJMP SMKEYP0K： LJMP PM0P1K： LJMP PM1 P7K： LJMP PM7PM0： LJMP SMKEYPM1

5、： LJMP SMKEY PM7： LJMP SMKEY3. 獨(dú)立式按鍵電路設(shè)計(jì)與仿真1）任務(wù)分析單片機(jī)采集外界狀態(tài)常見元器件為按鍵、傳感器和電信號，本任務(wù)通過對按鍵和發(fā)光二極管的控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管顯示按鍵狀態(tài)的仿真電路設(shè)計(jì)及控制程序設(shè)計(jì)。任務(wù)要求按鍵為4個(gè)按鍵，發(fā)光二極管也為4個(gè)。2）電路設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)要求，設(shè)計(jì)AT89C51單片機(jī)的P2.4，P2.5，P2.6，P2.7分別接獨(dú)立式鍵盤，P2.0，P2.1，P2.2，P2.3通過電阻接發(fā)光二極管，編程實(shí)現(xiàn)鍵狀態(tài)顯示，要求采用去抖動(dòng)措施，單片機(jī)控制單獨(dú)鍵盤電路如圖4-4所示。 圖4-4 單片機(jī)控制單獨(dú)鍵盤電路 3）軟件程序設(shè)計(jì)分析硬件電路圖可

6、知，按鍵接P2口低4位，彩燈接P2口高4位，編程時(shí)在判斷按鍵去抖后，可以將P2口低4位狀態(tài)賦值給P2口高4位，程序簡單明了。#include #include #define unit unsigned int#define uchar unsigned char#define PORT P2void delay 10ms（void） /延時(shí)函數(shù)，延時(shí)10msuchar i,j,k; for（i=5;i0;i-） for（j=4;j0;j-） for（k=248;k0;k-）; Main() uchar dat,com,i=10; PORT=0 xff; _nop_();1.3 矩陣式按鍵及其

7、接口 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果按鍵較多時(shí)，通常采用行列式又稱矩陣式鍵盤接口電路。 一、矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及原理 行列式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點(diǎn)上，其結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。 圖4-4 矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu) 由圖可知，一個(gè)44的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤較之獨(dú)立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多I/O口。2矩陣式鍵盤按鍵的識別識別按鍵的方法很多，其中，最常見的方法是掃描法。下面以圖4-4中8號鍵的識別為例來說明掃描法識別按鍵的過程。 1)判斷鍵盤上有無鍵按下。其方法使列線03輸出全0，再讀入行線03的電平，判斷行線03是否為“全1”，若是則無鍵按下，

8、否則有鍵按下， 2)去鍵抖動(dòng)影響。當(dāng)判斷有鍵按下后，可采用軟件延時(shí)一段時(shí)間(一般為lOms左右)，再判斷鍵盤狀態(tài)，如果仍為有鍵按下狀態(tài)，則認(rèn)為有一個(gè)確定的鍵被按下，否則按鍵抖動(dòng)處理。 鍵盤的編碼 對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號唯一確定，因此可分別對行號和列號進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，高4位是行號，低4位是列號。如圖4-5中的8號鍵，它位于第2行，第0列，因此，其鍵盤編碼應(yīng)為20H。采用上述編碼對于不同行的鍵離散性較大，不利于散轉(zhuǎn)指令對按鍵進(jìn)行處理。因此，可采用依次排列鍵號的方式對安排進(jìn)行編碼。以圖4-5中的44鍵盤為例，可將鍵號編碼為：01H、02H、03H0EH、0FH

9、、10H等16個(gè)鍵號。編碼相互轉(zhuǎn)換可通過計(jì)算或查表的方法實(shí)現(xiàn)。 鍵盤的工作方式 鍵盤的工作方式有三種，即編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。 編程掃描方式如圖4-6所示，是以4行4列按鍵所構(gòu)成的行列式鍵盤。行列式鍵盤按鍵的識別通常采用掃描法，識別的方法如下： 圖4-6 動(dòng)態(tài)掃描法行列式鍵盤接口電路 依次使列線P1.4P1.7輸出0電平，檢測行線P1.0P1.3的電平狀態(tài)。如果D0D3上的電平全為高電平，則表示沒有鍵被按下。如果D0D3上的電平不全為高電平，則表示有鍵被按下。 如果沒有鍵閉合，就返回掃描。如果有鍵閉合，再進(jìn)行逐列掃描，找出閉合鍵的鍵號。先使D4=0，D5D7=1，檢測D0D3上的電平，

10、如果D0=0，表示第一行第一列鍵被按下，如果D1=0，表示第二行第一列鍵按下，依次類推；如果D0D4均不為0，則表示這一列沒有鍵被按下，再使D5=0，檢測第二列按鍵，這樣依次進(jìn)行下去，直到把閉合的鍵找到為止。例4.1 在圖4-5中，若從第一行第一列鍵開始把16個(gè)按鍵按行編號，依次編為00H、01H、02H、0DH、0EH、0FH，f=6MHZ，編寫程序?qū)ふ宜聪碌逆I為哪個(gè)鍵號，結(jié)果存放在40H單元內(nèi)。解：按鍵掃描程序采用子程序編寫，先判斷是否有鍵按下，若有，確定按鍵所在的行和列，然后計(jì)算出該鍵的鍵號（鍵號=行首鍵號+掃描列號），存入單元40H；若無，退出掃描程序。程序清單如下：程序清單如下：

11、ORG 0000HLJMP MAINORG 0030H主程序 MAIN： ；有關(guān)初始化 MAIN0：LCALL KEYSCAN ；鍵掃描 JB F0，KEYON ；有鍵 LJMP MAIN0 ；無鍵按下繼續(xù)掃描KEYON： ；鍵處理LJMP MAIN0；按鍵掃描子程序KEYSCAN： LCALL KEYS ；調(diào)用按鍵閉合子程序 JNZ KEY1 ；有鍵閉合則轉(zhuǎn)至去抖動(dòng)RET ；無鍵閉合則返回KEY1： LCALL DELAY ；調(diào)用10ms延時(shí)程序 LCALL KEYS ；再次調(diào)用判鍵閉合子程序 JNZ KEY2 ；確認(rèn)有鍵閉合，開始掃描 RET ；無鍵閉合則返回KEY2： MOV R2，#0

12、EFH ；送首列掃描字(D4=0) MOV R4，#00H ；列掃描計(jì)數(shù)初值KEY0：MOV A，R2 MOV P1，A ；掃描字從P1口送出 MOV A，P1 ；讀P1口（讀出P1.0至P1.3狀態(tài)） JB ACC.0，LINE1 ；P1.0=1,第1行無鍵閉合，轉(zhuǎn)第2行 MOV A，#00H ；第1行首鍵號送A LJMP KNU；轉(zhuǎn)鍵號計(jì)算程序LINE1：JB ACC.1，LINE2 ；P1.1=1,第2行無鍵閉合，轉(zhuǎn)第3行KNU： ADD A，R4 ；計(jì)算鍵號 MOV 40H，A ；保存鍵號KEY3： LCALL KEYS ；等待鍵釋放 JNZ KEY3 SETB F0 RET；判鍵閉合

13、子程序KEYS： MOV P1，#0FH ；P1.0P1.4置1 MOV A，P1 ；讀入P1.0P1.4 ANL A，#0FH CPL A ；A=0無鍵按下，A 0有鍵按下RET；10ms延時(shí)子程序 DELAY： MOV R7，#14H DD： MOV R6，#0F8H DD1：DJNZ R6，DD1DJNZ R7，DD RET END （2）定時(shí)掃描方式定時(shí)掃描方式就是每隔一段時(shí)間對鍵盤掃描一次，它利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生一定時(shí)間（例如10ms）的定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到就產(chǎn)生定時(shí)器溢出中斷，CPU響應(yīng)中斷后對鍵盤進(jìn)行掃描，并在有鍵按下時(shí)識別出該鍵，再執(zhí)行該鍵的功能程序。定時(shí)掃描方式的硬件電路

14、與編程掃描方式相同。（3）中斷掃描方式采用上述兩種鍵盤掃描方式時(shí)，無論是否按鍵，CPU都要定時(shí)掃描鍵盤，而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí)，并非經(jīng)常需要鍵盤輸入，因此，CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)，為提高CPU工作效率，可采用中斷掃描工作方式。其工作過程如下：當(dāng)無鍵按下時(shí)，CPU處理自己的工作，當(dāng)有鍵按下時(shí)，產(chǎn)生中斷請求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識別鍵號。圖4-6 中斷掃描鍵盤電路 圖4-6是一種簡易鍵盤接口電路，該鍵盤是由89C51P1口的高、低字節(jié)構(gòu)成的44鍵盤。鍵盤的列線與P1口的高4位相連，鍵盤的行線與P1口的低4位相連，因此，P1.4P1.7是鍵輸出線，P1.0P1.3是掃描輸入線。圖中的4

15、輸入與門用于產(chǎn)生按鍵中斷，其輸入端與各列線相連，再通過上拉電阻接至+5V電源，輸出端接至89C51的外部中斷輸入端具體工作如下：當(dāng)鍵盤無鍵按下時(shí)，與門各輸入端均為高電平，保持輸出端為高電平；當(dāng)有鍵按下時(shí)，端為低電平，向CPU申請中斷，若CPU開放外部中斷，則會(huì)響應(yīng)中斷請求，轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序。 LED由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9、字符A F、H、L、P、符號“-”及小數(shù)點(diǎn)“”。數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖4-7（c）所示。所有發(fā)光二極管的陰極連在一起，如圖4-7（b）所示，稱為共陰極接法；陽極連在一起，如圖4-7（a）所示，稱為共陽極接法。（a）共陽極結(jié)

16、構(gòu) （b）共陰極結(jié)構(gòu) （c）外形和引腳圖4-7 LED數(shù)碼管顯示器第二節(jié) 顯示器與單片機(jī)接口2. LED工作原理 共陽極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的正極端（陽極）連接在一起。公共陽極接電源，其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極端（陰極）連接在一起，通常，公共陰極接地，其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端，當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。 3. LED字形編碼要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符必須使段

17、數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。字型碼各位定義如下：數(shù)據(jù)字D7D6D5D4D3D2D1D0LED段DPgfedcba 如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對應(yīng)字段亮。如要顯示“0”，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B（即3FH）。依此類推可求得數(shù)碼管字形編碼如表4-1所示。表4-1 數(shù)碼管字型編碼表共 陽 極 共 陰 極字型段選碼字型段選碼字型段選碼字型段碼0C0HA88H03FHA77H1F9HB83H106HB7CH2A4HCC6H25B

18、HC39H3B0HDA1H34FHD5EH499HE86H466HE79H592HF8EH56DHF71H682HH89H67DHH76H7F8HLC7H707HL38H880HP8CH87FHP73H990H滅FFH96FH滅00H-BFH7FH- 40H80H2 靜態(tài)顯示接口LED數(shù)碼管工作在靜態(tài)顯示方式下，一般要把共陽極數(shù)碼管的公共端接高電平，共陰極數(shù)碼管的公共端接地，其他各引腳分別接至單片機(jī)的I/O口線上，由單片機(jī)控制從I/O口線上輸出段選碼來點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示不同的字符。 只數(shù)碼管顯示，計(jì)滿16次后從頭開始，依次循環(huán)。系統(tǒng)采用12MHz晶振。解：根據(jù)題意可設(shè)計(jì)出硬件電路如圖4-8所示。例

19、4.2 用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器模擬汽車生產(chǎn)線產(chǎn)品計(jì)件，以按鍵模擬產(chǎn)品檢測，按一次鍵相當(dāng)于產(chǎn)品計(jì)數(shù)一次。檢測到的產(chǎn)品數(shù)送P1口顯示，其源程序可設(shè)計(jì)如下： ORG 0030H MOV TMOD，#06H ；定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0工作在方式2 MOV TH0，#0F0H ；T0置初值 MOV TL0，#0F0H SETB TR0 ；啟動(dòng)T0MAIN：MOV A，#00H ；計(jì)數(shù)顯示初始化 MOV P1，#0C0H ；數(shù)碼管顯示0DSP：JB P3.3，DSP ；監(jiān)測按鍵信號 ACALL DELAY ；消抖延時(shí) JB P3.3，DSP ；確認(rèn)低電平信號DSP1：JNB P3.3，DSP1 ；監(jiān)測按鍵信號 ACAL

20、L DELAY ；消抖延時(shí) JNB P3.3，DSP1 ；確認(rèn)高電平信號 CLR P3.4 ；T0引腳產(chǎn)生負(fù)跳變 NOP NOP SETB P3.4 ；T0引腳恢復(fù)高電平 INC A；累加器加1 MOV R1，A ；保存累加器計(jì)數(shù)值 ADD A，#08H；變址調(diào)整 MOVC A，A+PC；查表獲取數(shù)碼管顯示值 MOV P1，A ；數(shù)碼管顯示查表值 MOV A，R1 ；恢復(fù)累加器計(jì)數(shù)值 JBC TF0，MAIN ；查詢T0計(jì)數(shù)溢出SJMP DSP ；16次不到繼續(xù)計(jì)TAB： DB0C0H，0F9H，0A4H ；0，1，2 DB0B0H，99H，92H ；3，4，5 DB82H， 0F8H，80H

21、 ；6，7，8 DB90H， 88H，83H ；9，A，B DB0C6H，0A1H，86H ；C，D，E DB 8EH；FDEALY： MOVR2，#14H ；10ms延時(shí)DY1： MOVR3，#0FAH DJNZ R3，$ DJNZ R2，DY1 RET END 2.3 動(dòng)態(tài)顯示接口 1. 動(dòng)態(tài)顯示概念 動(dòng)態(tài)顯示是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位的I/O口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的I/O口線控制。2. 多位動(dòng)態(tài)顯示接口應(yīng)用用87C51或89C51在顯示屏上掃描顯示1、2、3、4、5等5個(gè)數(shù)字

22、的電路圖如圖4-9所示。圖4-9 LED顯示器掃描顯示接線圖(1) 掃描顯示的技巧 (2) 字形碼由于在圖4-9中是使用PNP晶體管來驅(qū)動(dòng)，所以由Port 1送出的字形，要亮的字劃需送出低電位使晶體管導(dǎo)通，不要亮的字劃就送出高電位使晶體管截止。 （3） 流程圖程序流程圖如圖4-12所示圖4-12 流程圖4）程序 ORG 0000HSTART: MOV DPTR,#TABLE ；DPTR指向字形表的起始地址 ACALL SCAN1 ；顯示一次 AJMP START ；重復(fù)執(zhí)行程序；掃描子程序 ；本SCAN1子程序能自左向右掃描顯示屏一次，共耗時(shí)10ms3典型的鍵盤、顯示接口電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中

23、，鍵盤和顯示器往往須同時(shí)使用，為節(jié)省I/O口線，可將鍵盤和顯示電路做在一起，構(gòu)成實(shí)用的鍵盤、顯示電路。圖4-13是用8155并行擴(kuò)展I/O口構(gòu)成的典型的鍵盤、顯示接口電路。LED顯示器采用共陰極數(shù)碼管，8155的A口用作數(shù)碼管位碼輸出口，同時(shí)它還用作鍵盤列選口， B口用作數(shù)碼管段碼輸出口，C口用作鍵盤行掃描信號輸入口，當(dāng)其選用4根口線時(shí)，可構(gòu)成48鍵盤，選用6根口線時(shí)，可構(gòu)成68鍵盤。LED采用動(dòng)態(tài)顯示軟件譯碼，鍵盤采用逐列掃描查詢工作方式，LED的驅(qū)動(dòng)采用74LS244總線驅(qū)動(dòng)器。鍵盤、顯示器共用一個(gè)接口電路的設(shè)計(jì)方法除上述方案外，還可采用專用的鍵盤、顯示器接口的芯片8279。第三節(jié) 汽車發(fā)

24、動(dòng)機(jī)怠速系統(tǒng)單片機(jī)控制技術(shù)31 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為反應(yīng)式、永磁式和混合式三種。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。它的輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好。轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同，所以步距角一般較大，但需供給正負(fù)脈沖信號?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 1.控制原理反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三相、四相、五相、六相等多種，若以三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，其中三相用A、B、C表示，這種步進(jìn)

25、電動(dòng)機(jī)有三個(gè)繞組，當(dāng)按不同的順序向繞組通以電脈沖時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以不同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，它的轉(zhuǎn)速取決于通電脈沖的頻率。通電脈沖的不同組合方式?jīng)Q定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的不同步相控制方式：控制方式有“單三拍”、“雙三拍”、“六拍”等工作方式?！皢稳摹惫ぷ鞣绞郊词前碅BCA順序循環(huán)通電工作，其中“單”指的是每次對一個(gè)相通電；“三拍”指的是磁場旋轉(zhuǎn)一周需要換相3次，這時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角。如果對多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說、每次只對一相通電，要使磁場旋轉(zhuǎn)一周就需要多拍?！半p三拍”是指每次對兩相同時(shí)通電，即所謂“雙”，磁場旋轉(zhuǎn)一周需要換相3次，即所謂“三拍”。在雙三拍工作方式中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)锳BBCCA，反轉(zhuǎn)的通

26、電順序?yàn)锽AACCB；“六拍”是“單三拍”與“雙三拍”交替使用的一種方法，其正轉(zhuǎn)通電順序?yàn)锳ABBBCCCA，反轉(zhuǎn)通電順序?yàn)锳ACCCBBBA。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是由脈沖信號控制的。傳統(tǒng)的控制方法是采用環(huán)形脈沖分配器進(jìn)行控制的，若采用單片機(jī)技術(shù)，則可以通過軟件設(shè)置方式來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，使用起來更方便、靈活。 (1) 控制換相順序 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行。通常我們把通電換相這過程稱為脈沖分配。例如，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的“單三拍”工作方式，其各相通電的順序?yàn)锳BC，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這順序分別控制A、B、C相的通電和斷電。(2) 控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向如果按給

27、定的工作方式正序通電換相，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就正轉(zhuǎn)；如果按反序通電換相，則電動(dòng)機(jī)就反轉(zhuǎn)。例如，“雙三拍”工作方式，通電換相的正序是ABBCCA，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就正轉(zhuǎn)，如果按反序BAACCB，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就反轉(zhuǎn)。 (3) 控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度如果給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔時(shí)間越短，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。因此，脈沖的頻率決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出脈沖的頻率，就可以對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 2.汽車步進(jìn)電機(jī)型怠速控制閥的結(jié)構(gòu)與工作原理豐田公司的步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)如下：與通用公司不同的是，步進(jìn)電機(jī)內(nèi)的定子由4組相互獨(dú)立的線圈繞構(gòu)成，見圖4-14。(a) 步

28、進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) （b）步進(jìn)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子相互作用原理 （C）步進(jìn)電機(jī)控制電路簡圖EFI主繼電器觸點(diǎn)閉合后，蓄電池電源經(jīng)主繼電器到達(dá)怠步進(jìn)電機(jī)的Bl和B2端子、ECU的+B和+B1端子，B1端子向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的Cl-C3相兩個(gè)線圈供電，B2端子向C2-C4相兩個(gè)線圈供電。4個(gè)線圈的分別通過端子Sl、S2、S3和S4與ECU端子ISCl、ISC2、ISC3和ISC4相連，ECU控制各線圈的搭鐵回路，以控制怠速控制閥的工作。當(dāng)ECU控制使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電磁線圈C1、C2、C3、C4按l234順序通過晶體管依次搭鐵時(shí)，定子磁場順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于與轉(zhuǎn)子磁場間的相互作用(同性相斥，異性相吸)，吸拉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。同理

29、，如果按C4、C3、C2、C1的順序依次搭鐵，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的線圈按相反的順序通電，轉(zhuǎn)子則隨定子磁場同步反轉(zhuǎn)。一臺實(shí)際的步進(jìn)電機(jī)將利用四組電磁線圈，使轉(zhuǎn)子永久磁鐵旋轉(zhuǎn)一圈具有32步，見圖（b）所示。 三. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制(1) 2相步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式勵(lì)磁就是使線圈通過電流，2相步進(jìn)電機(jī)的基本驅(qū)動(dòng)電路如圖4-15所示，可采用3種勵(lì)磁方式。分別為1相勵(lì)磁、2相勵(lì)磁和3相勵(lì)磁。1相勵(lì)磁為每次使一個(gè)線圈通過電流。其步級角等于基本步級角，消耗電力小，角精確度良好，但轉(zhuǎn)矩小、振動(dòng)較大。1相勵(lì)磁的時(shí)序如圖4-162) 電路圖用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電路圖如圖4-17圖4-17 用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)

30、的電路圖 (3) 程序設(shè)計(jì)方法根據(jù)圖4-17可以列出表4-2。表中的1表示步進(jìn)電機(jī)的線圈通電，0表示步進(jìn)電機(jī)的線圈斷電。由于單片機(jī)的累加器A是以8位為單位，所以表4-2必須改為圖4-18?？梢佬枰鴽Q定使用輸出端口的高4位或低4位做步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁信號。 仔細(xì)觀察圖4-18可發(fā)現(xiàn)累加器內(nèi)容的變化極有規(guī)則，只需先在累加器存人00010001，然后用向左旋轉(zhuǎn)指令或向右旋轉(zhuǎn)指令即可控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。上述00010001稱為勵(lì)磁碼。由于本電路要采用低態(tài)動(dòng)作(active LOW，就是單片機(jī)輸出0時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的線圈通電；輸出1時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的線圈斷電)，所以程序中的勵(lì)磁碼為11101110。32 直流

31、電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制技術(shù) 1.脈寬調(diào)制信號 若加在功率開關(guān)元器件（如功率晶體管和場效應(yīng)管）控制端的信號如圖4-19（a）所示，控制電路如圖4-20所示。當(dāng)控制信號為高電平時(shí)，功率開關(guān)管導(dǎo)通，控制信號為低電平時(shí)，功率開關(guān)管截止，功率開關(guān)管輸出電壓波形如圖4-19（b）所示。輸出波形周期為T，正脈沖寬度時(shí)間為t1，零脈沖寬度時(shí)間為t2，加在直流電動(dòng)機(jī)兩端的電壓平均值為： 2. 汽車單驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電磁閥型怠速控制閥的結(jié)構(gòu)和工作原理單驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電磁閥型怠速控制閥只包括一組電磁線圈，另有永久磁鐵、閥門以及自帶IC( 集成電路)，如圖4-21。單驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電磁閥怠速控制閥附接在節(jié)氣門體上。=圖4-22 單驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電磁閥

32、型怠速控制閥的工作原理3直流電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制1）控制原理圖4-23(a)所示是高電平驅(qū)動(dòng)繼電器的電路。圖4-23(b)所示似乎是低電平驅(qū)動(dòng)繼電器電路，但仔細(xì)分析，該電路并不能正常工作，因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的高電平也只有+5V，而繼電器的工作電壓+12V使三極管的發(fā)射結(jié)處于正偏，繼電器并不能釋放，而且這個(gè)電壓加在單片機(jī)的輸入端還有可能損壞單片機(jī)，所以，在使用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器時(shí)，采用高電平驅(qū)動(dòng)方式更加安全可靠。二極管IN4148起到保護(hù)驅(qū)動(dòng)三極管的作用，因?yàn)樵诰S電器由吸合到斯開的瞬間，將在繼電器線圈上產(chǎn)生上負(fù)下正的感應(yīng)電壓，和電源電壓起加在驅(qū)動(dòng)電路上，有可能損壞驅(qū)動(dòng)電路，二極管可以將線圈兩端的感應(yīng)電電

33、壓鉗位在0.7V左右。為了實(shí)現(xiàn)和單片機(jī)系統(tǒng)徹底隔離，常常使用光電耦合器，如圖4-24所光電耦合器中的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，光敏三極管受光照后導(dǎo)通，VT1的基極得到高電平導(dǎo)通，維電器吸合。反之，繼電器不吸合。 圖4-24 光電耦合器隔離、繼電器驅(qū)動(dòng)電路如果需要控制的繼電器數(shù)目較多，則可采用繼電器專用集成驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003。ULN2003芯片實(shí)物圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-25所示。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列，每個(gè)達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器上提供保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的二極管。采用ULN2003驅(qū)動(dòng)多個(gè)繼電器的電路如圖4-26所示。 圖4-25 ULN2003芯片實(shí)物圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)2）硬件電路設(shè)計(jì)如果單片機(jī)控制直流電

34、動(dòng)機(jī)做單方向旋轉(zhuǎn)，則只需一個(gè)繼電器，電路原理圖如圖4-27所示。繼電器吸合，電動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，繼電器釋放，電動(dòng)機(jī)則停止旋轉(zhuǎn)。 如果單片機(jī)要控制直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，則需要使用兩個(gè)繼電器，電路如圖4-28所示。圖4-28 單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)電路原理圖3）程序設(shè)計(jì)根據(jù)電路原理圖可知，當(dāng)單片機(jī)的P2.0和P2.1分別輸出0和1時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)P2.0和P2.1分別輸出1和0時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)P2.0和P2.1均輸出0或均輸出1時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。依此可編寫控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止的程序。控制直流電動(dòng)機(jī)交替正、反轉(zhuǎn)的程序流程圖如圖4-30所示。根據(jù)程序流程圖，編寫程序如下。1單片機(jī)控制接線圖汽

35、車直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的單片機(jī)控制接線圖如圖4-24所示。 圖4-24 直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的單片機(jī)控制接線圖項(xiàng)目實(shí)踐2流程圖項(xiàng)目流程圖如圖4-25所示3項(xiàng)目程序 ORG 0000HOFF: ORL P1,#11111111B ；令P1.4=1，P1.5=1 ORL P2,#11111111B ；設(shè)定P2為輸入端口；等待按下按鈕LOOP: JNB P2.0,OFF ；測試是否OFF按鈕被按下 JNB P2.1,REV ；測試是否REV 按鈕被按下 JNB P2.2,FOR ；測試是否FOR按鈕被按下 AJMP LOOP ；重復(fù)測試按鈕的狀態(tài)REV: CLR P1.5 ；令繼電器RL2通電 JB P2.

36、0,$ ；等待按下OFF按鈕 AJMP OFF ；跳至OFF，令繼電器RL1、RL2都斷電FOR: CLR P1.4 ；令繼電器RL1通電 JB P2.0,$ ；等待按下OFF按鈕 AJMP OFF ；跳至OFF，令繼電器RL1、RL2都斷電 END（2）輸入程序，并通電執(zhí)行。（3）按下zFOR按鈕時(shí)，RL1或RL2通電? 答： 。（4）按下REV按鈕時(shí)，RL1或RL2通電? 答： 。（5）按下OFF按鈕時(shí)，RL1或RL2都斷電嗎? 答： 。（6）按下REV按鈕時(shí)，RL1或RL2通電? 答： 。（7）按下FOR按鈕時(shí)，RL1或RL2通電? 答： 。（8）按下OFF按鈕時(shí)，RL1或RL2都斷電嗎

37、? 答： 。4. 項(xiàng)目步驟（1）按照圖4-24所示的電路圖接好電路。實(shí)驗(yàn)時(shí)，若為了節(jié)省時(shí)間，圖4-26 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的仿真實(shí)驗(yàn)電路圖4-27 H橋直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路項(xiàng)目拓展H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 H橋驅(qū)動(dòng)電路是非常典型的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，如圖4-27所示。正因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰所以得名“H橋驅(qū)動(dòng)電路”1任務(wù)分析直流電動(dòng)機(jī)控制器任務(wù)要求：用AT89C51單片機(jī)作為控制器，設(shè)計(jì)3個(gè)按鍵控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，F(xiàn)uncKey控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到方向，IncKey為直流電動(dòng)機(jī)加速鍵，DecKey為直流電動(dòng)機(jī)減速鍵，用外部中斷0檢測是否有鍵按下。加速和減速通過定時(shí)器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的PWM波占空比來實(shí)現(xiàn)，占空比十

38、級可調(diào)，從0100。用LCD 1602顯示出工作狀態(tài)：第一行顯示直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)顯示“MotoStatus：CWD”，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)顯示“MotoStatus：CCWD”；第二行顯示PWM波占空比H/L：x%”。 2電路設(shè)計(jì)單片機(jī)控制的直流電動(dòng)機(jī)控制器硬件電路圖如圖4-28所示。采用分立元件搭建H橋驅(qū)動(dòng)電路，H橋電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要包括4個(gè)三極管和一個(gè)如圖4-27所示，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要包括4個(gè)三極管和1個(gè)電動(dòng)機(jī)。要使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電動(dòng)機(jī)，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從

39、左至右流過電動(dòng)機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電動(dòng)機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)，單片機(jī)的P2.6和P2.7輸出兩路PWM驅(qū)動(dòng)信號，3個(gè)按鍵分別控制轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度，LCD1602顯示系統(tǒng)狀態(tài)。表8-14為直流電動(dòng)機(jī)控制器元器件清單。圖4-28 直流電動(dòng)機(jī)控制器硬件電路圖3軟件程序設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)分3個(gè)部分：按鍵控制電動(dòng)機(jī)、占空比調(diào)節(jié)和LCD 1602顯示控制。按鍵控制電動(dòng)機(jī)通過單片機(jī)外部中斷0檢測按鍵按下狀態(tài)，當(dāng)有鍵按下后觸發(fā)中斷執(zhí)行按鍵檢測程序。當(dāng)FuncKey按下，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向標(biāo)志取反，實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)；當(dāng)加速鍵IncKe

40、y按下，增加PWM波占空比，電動(dòng)機(jī)加速；當(dāng)減速鍵DecKey按下，減小PWM波占空比，電動(dòng)機(jī)減速。占空比調(diào)節(jié)通過定時(shí)器定時(shí)方式實(shí)現(xiàn)。設(shè)定PWM波周期為100個(gè)250 us，用定時(shí)器T0方式2定時(shí)250us，無符號字符型變量HPulseNum和LPulseNum(LPulseNum=100-HPulseNum)對PWM波高電平、低電平狀態(tài)計(jì)數(shù)。位變量PulseStatus標(biāo)志PWM電平狀態(tài)。PulseStams為0時(shí)，表示當(dāng)前為PWM波的高電平段；否則表示當(dāng)前為PWM波的低電平段。每250us時(shí)間到，首先判斷當(dāng)前PWM波電平狀態(tài)，再進(jìn)一步判斷當(dāng)前電平計(jì)數(shù)狀態(tài)，然后依照PWM波占空比決定是否應(yīng)該對PWM波電平狀態(tài)取反。要特別說明的是，此處PWM波高電平狀態(tài)指的是電動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)，而PWM波低電平狀態(tài)指的是電動(dòng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)。LCD 16