《微型计算机技术及应用》课程授课教案（讲义）第7章 C51应用程序设计

第7章C51应用程序设计7.1步进电机控制器7.2直流电机控制器7.1、步进电机控制器步进电机特点：步进电机能接受步进脉冲的控制一步一步地旋转，用于精确定位场合。复印机，硬盘绕线机，切片机，排线机，包装机械，食品加工行业，雕刻机，医疗器械，舞台灯光，光电子技术，自动化工程，机器人应用等。OA定子ACuuu转子A步进电机工作原理1.步进电机（1）是一个数字／角度转换器，（2）是过程控制及仪表中的主要控制元件。（3）广泛用于定位系统

第7章 C51应用程序设计 7.1 步进电机控制器 7.2 直流电机控制器 7.1 步进电机控制器 步进电机 特点：步进电机能接受步进脉冲的控制一步一步地旋转，用于精确定位场合。复印机，硬盘， 绕线机，切片机，排线机，包装机械，食品加工行业，雕刻机，医疗器械，舞台灯光，光电子 技术，自动化工程，机器人应用等。 步进电机工作原理 1.步进电机 （1）是一个数字／角度转换器。 （2）是过程控制及仪表中的主要控制元件。 （3）广泛用于定位系统

2.概念：（1）步进电机旋转的根本原因：错齿。（2）术语：齿距角步距角（3）通电一周，转子转过一个齿距角，N为几，一个齿距角分几步走完。步进电机简述一、步进电机原理以三相，40齿步进电机为例，步进电机的转子上均匀地分布着40个齿，齿间（齿距）夹角为9°（360°/40），定子上有6个大齿，相差180°的两个大齿组成一相，共有A、B、C三相。每个大齿上有若干个与转子上一样的小齿。定子的每一相都有励磁绕组。二、步进电机的运行方式1.三相三拍运行方式C（1）当A相通电时，B相、C相不通电：SA相定子上的齿与转子上的齿对齐（通电后磁场力作用的结果），D迫使电机旋转3B相定子上的齿顺时针超前转子上相应的齿3°4C相定子上的齿顺时针超前转子上相应的齿6°D（2）当B相接通电时，A相、C相不通电：B相齿对齐，电机旋转3°：C相超前3°A相超前6°（3）当C相通电时，B相、A相不通电。C相齿对齐，电机旋转3°：A相超前3°：B相超前6°因此，如果定子A、B、C三相按A-→B→C→A的顺序依次通电，则步进电机将不断地按顺时针方向转动。每一次通电转3°，每三次通电才走完一个齿距，因此叫三相三拍。每一次通电转动的固定角叫步距角α。显然，三相三拍运行时，步距角α=3°。假如某次通电后，控制脉冲不再来，则电机转子齿和某相对齐后就停止转动，叫做位状态。如果把顺时针叫正转，那么当通电顺序按A-C-B→A进行时，则电机反时针旋转，叫反转。可见控制步进电机正转反转只是三相绕组通电顺序不同而已

2. 概念： （1）步进电机旋转的根本原因：错齿。 （2）术语：齿距角步距角 （3）通电一周，转子转过一个齿距角，N 为几，一个齿距角分几步走完。 步进电机简述 一、步进电机原理 以三相，40齿步进电机为例，步进电机的转子上均匀地分布着40个齿，齿间（齿距）夹 角为9°（360°/40）,定子上有6个大齿，相差180°的两个大齿组成一相，共有A、Ｂ、Ｃ 三相。每个大齿上有若干个与转子上一样的小齿。定子的每一相都有励磁绕组。 二、步进电机的运行方式 1．三相三拍运行方式 (1）当A相通电时，B相、Ｃ相不通电： A相定子上的齿与转子上的齿对齐（通电后磁场力作用的结果）， 迫使电机旋转3° B相定子上的齿顺时针超前转子上相应的齿3° C相定子上的齿顺时针超前转子上相应的齿6° (2）当B相接通电时，A相、C相不通电： B相齿对齐，电机旋转3°；C相超前3°Ａ相超前６° (3）当C相通电时，B相、A相不通电。 C相齿对齐，电机旋转3°；A相超前3°；Ｂ相超前6° 因此，如果定子A、B、C三相按 A→B→C→A 的顺序依次通电，则步进电机将不断地按顺时针方向转动。每一次通电转３°，每三次通电 才走完一个齿距，因此叫三相三拍。 每一次通电转动的固定角叫步距角。 显然，三相三拍运 行时，步距角＝３°。 假如某次通电后，控制脉冲不再来，则电机转子齿和某相对齐后就停止转动，叫做位状态。 如果把顺时针叫正转，那么当通电顺序按 A→C→B→A 进行时，则电机反时针旋转，叫反转。可见控制步进电机正转反转只是三相绕组通电顺序 不同而已

2.三相六拍运行方式当A相通电时，A相定子齿与转子齿对齐，此后，如果让A、B两相同时通电，可以发现转子转动1.5°。再让A相断电、B相通电，又可发现转子再转1.5°。所以按照A→AB-→B-→BC-C→CA-→A的顺序控制，电机将按顺时针方向旋转，每步转动1.5°，即步距角α=1.5°，由于要经过6步才走完一个齿距（6×1.5°=9°），所以叫三相六拍。如果要使步进电机反转，只要按A-→AC→C→CB-→B→BA顺序通电就行了。结论：从上面两种运行方式可看出，错齿是促使步进电机旋转的根本原因，当某相通电，应的齿对齐，迫使电机旋转一个步距角，未通电的各相的齿出现了新的错位。改变通电的顺序和通电的相数，可组合出其它的运行方式。三、步进电机有如下特点：给步进脉冲电机就转，不给步进脉冲电机就不转：步进脉冲频率高，步进电机转得快：步进脉冲频率低，步进电机转得就慢：改变各相的通电方式（叫脉冲分配）可以改变步进电机的运行方式：改变通电顺序，可以控制步进电机的正、反转。脉冲蜓步进控制器功率放大器负载方向控制步进电机单MM接驱负片机动器-.口载2..用微型机控制步进电机原理系统图

2．三相六拍运行方式 当A相通电时，A相定子齿与转子齿对齐，此后，如果让A、B两相同时通电，可以发现转 子转动1．5°。再让A相断电、B相通电，又可发现转子再转1.5°。所以按照 A→AB→B→BC→C→CA→A 的顺序控制，电机将按顺时针方向旋转，每步转动1．5°，即步距角=1．5°，由于要经 过6步才走完一个齿距（6×1．5°=9°），所以叫三相六拍。如果要使步进电机反转，只 要按 A→AC→C→CB→B→BA 顺序通电就行了。 结论：从上面两种运行方式可看出，错齿是促使步进电机旋转的根本原因，当某相通电，应 的齿对齐，迫使电机旋转一个步距角，未通电的各相的齿出现了新的错位。改变通电的顺序 和通电的相数，可组合出其它的运行方式。 三、步进电机有如下特点： 给步进脉冲电机就转，不给步进脉冲电机就不转； 步进脉冲频率高，步进电机转得快；步进脉冲频率低，步进电机转得就慢； 改变各相的通电方式（叫脉冲分配）可以改变步进电机的运行方式； 改变通电顺序，可以控制步进电机的正、反转。 用微型机控制步进电机原理系统图

1.脉冲序列的生成V脉冲高度O通电时间断电时间脉冲幅值由数字元件电平决定。TTL0~5V接通和断开时间可用定时的办法控制。要求：确保步进到位。步进电机与微型机的接口及程序设计（1）由于步进电机的驱动电流较大，所以微型机与步进电机的连接都需要专门的接口及驱动电路。接口电路可以是锁存器，也可以是可编程接口芯片，如8255、8155等。驱动器可用大功率复合管，也可以是专门的驱动器。光电隔离器，一是抗干扰，二是电隔离

1．脉冲序列的生成 脉冲幅值 由数字元件电平决定。 TTL 0 ～ 5V 接通和断开时间可用定时的办法控制。 要求：确保步进到位。 步进电机与微型机的接口及程序设计 （1）由于步进电机的驱动电流较大，所以微型机与步进电机的连接都需要专门的接口及驱动电 路。接口电路可以是锁存器，也可以是可编程接口芯片，如 8255、8155等。驱动器可用 大功率复合管，也可以是专门的驱动器。光电隔离器，一是抗干扰，二是电隔离

C相R380318051B相R48751P1.R2SA相RP1.0R+12V074LS04按一定的顺序改变P1.0～P1.2三位通电的状况，即可控制步进电机依选定的方向步进。由于步进电机运行时功率较大，可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离器，以防强功率的干扰信号反串进主控系统。805174LSO47.2直流电机控制器一、直流电机变频调速原理

按一定的顺序 改变 P1.0～P1.2 三位通电的状况，即可控制步进电机依选定的方 向步进。由于步进电机运行时功率较大，可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔 离器，以防强功率的干扰信号反串进主控系统。 7.2 直流电机控制器 一、直流电机变频调速原理

（1）用PWM信号占空比的变化控制加在电枢上的平均电压来实现直流电机调速（2）改变电枢电压的极性来控制直流电机的转向脉冲宽度调制（PWM）原理PWM:Pulse WidthModulation脉宽调制就是将一个引脚的电平在一个时段（x）设为逻辑I，然后在另一个时段(Y)设为逻辑0，并小断重复这一过程。占空比和脉宽调制的其他特征量定义如下：占空比(%）=（x/（×+y））*100周期=x+y，此处x和y的单位是秒。频率=1/(x+y)，此处x和y的单位是秒。负载的平均电压为占空比和工作电压的乘积。时间关于频率：取决于负载，通过实践确定。如调光，高于50Hz即可（人眼感觉不到闪烁）如调速（控制电机），一般应大于2OKHz，否则能听到鸣鸣的噪声。上限受执行机构约束，如电磁继电器的吸合时间为10mS，则切换频率最高位100Hz

（1）用 PWM 信号占空比的变化控制加在电枢上的平均电压来实现直流电机调速 （2）改变电枢电压的极性来控制直流电机的转向 脉冲宽度调制（PWM）原理 PWM：Pulse Width Modulation 脉宽调制就是将一个引脚的电平在一个时段(x)设为逻辑 I，然后在另一个时段 (Y)设为逻辑 0，并小断重复这一过程。 占空比和脉宽调制的其他特征量定义如下： 占空比(%) = ( x/（x+y）)*100 周期 = x+y，此处 x 和 y 的单位是秒。 频率 = 1/(x+y)，此处 x 和 y 的单位是秒。 负载的平均电压为占空比和工作电压的乘积。 关于频率： 取决于负载，通过实践确定。如调光，高于 50Hz 即可（人眼感觉不到闪烁）如调 速（控制电机），一般应大于 20KHz，否则能听到呜呜的噪声。上限受执行机构约 束，如电磁继电器的吸合时间为 10ms，则切换频率最高位 100Hz

PWM波形（占空比50%）电枢两端电压波形，平均电压为50%U。PWM波形（占空比20%）S0.8U0电板两端电压波形（平均电压为80%U）H桥式电机驱动电路：电路得名于"H桥式驱动电路"是因为它的形状酷似字母H。H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。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

H桥式电机驱动电路 ： 电路得名于“H桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。H桥式电机驱动电路包 括4个三极管和一个电机。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

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。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）

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。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）

H桥式电机驱动电路-使能控制和方向逻辑使能控制和方向逻辑驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。7.3顺序控制器顺序控制是指按时间顺序依次执行某个操作，并维持特定时间的一种控制：

H 桥式电机驱动电路-使能控制和方向逻辑 使能控制和方向逻辑驱动电机时，保证 H 桥上两个同侧的三极管不会同时导通 非常重要。 7.3 顺序控制器 顺序控制是指按时间顺序依次执行某个操作，并维持特定时间的一种控制:

7.4交通灯控制器

7.4 交通灯控制器