項(xiàng)目9 基于單片機(jī)的直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真課件

1、項(xiàng)目9 基于單片機(jī)的直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真 任務(wù)9.1 認(rèn)識(shí)步進(jìn)電機(jī) 任務(wù)9.2 直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計(jì)與仿真下一頁(yè)任務(wù)9.1 認(rèn)識(shí)步進(jìn)電機(jī)9.1.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介9.1.2 步進(jìn)電機(jī)工作原理上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.1.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.1.2 步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子

2、的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一頁(yè)下一頁(yè)返回如圖 9-2所示該步進(jìn)電機(jī)為四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)

3、開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組任務(wù)9.2 直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計(jì)與仿真 9.2.1 硬件電路設(shè)計(jì)9.2.2 程序設(shè)計(jì)9.2.3 綜合仿真調(diào)試上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.2.1 硬件電路設(shè)計(jì)一、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框圖通過以上對(duì)步進(jìn)電機(jī)工作原理的分析可知，當(dāng)用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，可以很方便的使用任一種步數(shù)方式對(duì)不同項(xiàng)數(shù)的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。其典型控制系統(tǒng)框圖如圖所示：上一頁(yè)下一頁(yè)返回復(fù)位電路時(shí)鐘電路AT89C51單片機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)控制旋鈕ULN2003 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN 復(fù)合晶體管組成。ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K 的基極電阻,在

4、5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。該芯片是多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字輸出卡等控制電路中，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、步進(jìn)電機(jī)等負(fù)載。本實(shí)驗(yàn)中1-4腳輸入端接單片機(jī)IO口；13-16腳驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；引腳9是內(nèi)部7個(gè)續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接各達(dá)林頓管的集電極。用于感性負(fù)載時(shí)，該腳接負(fù)載電源正極，實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用。上一頁(yè)下一頁(yè)返回三、基于proteus的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)Proteus軟

5、件里有本實(shí)驗(yàn)用到的所有元器件，可以方便實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試。上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.2.2 程序設(shè)計(jì)控制程序流程圖上一頁(yè)下一頁(yè)返回開始方向判斷正轉(zhuǎn)四步反轉(zhuǎn)四步10 if(key=1) P1=0 x03; / 正 轉(zhuǎn)delay(speed); P1=0 x06; delay(speed); P1=0 x0c; delay(speed); P1=0 x09; delay(speed); else P1=0 x09; / 反 轉(zhuǎn) 上一頁(yè)下一頁(yè)返回delay(speed); P1=0 x0c; delay(speed); P1=0 x06; delay(speed); P1=0 x03; delay(speed); 上一頁(yè)下一頁(yè)返回9.2.3 綜合仿真調(diào)試一、調(diào)入HEX程序在proteus工程環(huán)境中雙擊單片機(jī)AT89C51彈出編輯窗口如下圖：上一頁(yè)下一頁(yè)返回點(diǎn)擊Program File項(xiàng)后面的文件夾按鈕指定HEX文件路徑，該文件應(yīng)是通過編譯匯編或C語言源程序得到的目標(biāo)文件。運(yùn)行程序點(diǎn)擊窗口左下方的開始按鈕