单片机课件第五章讲义.ppt

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1、第五章第五章MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机在工业控制中的应用在工业控制中的应用 5.1 单片机应用系统的设计方法单片机应用系统的设计方法 5.2 SPI总线总线DS1302实时时钟控制实时时钟控制 5.3 电动机控制系统设计电动机控制系统设计 5.4 RS485总线在单片机多机通信中的应用总线在单片机多机通信中的应用 5.1 5.1 单片机应用系统的设计方法单片机应用系统的设计方法5.1.1 单片机应用系统单片机应用系统的结构的结构5.1.2 前向通道的组成及其特点前向通道的组成及其特点5.1.3 后向通道的组成及其特点后向通道的组成及其特点5.1.4 人机通道的结构及其特点人机

2、通道的结构及其特点5.1.5 相互通道及其特点相互通道及其特点5.1.6 单片机应用系统单片机应用系统的设计内容的设计内容一个实际的单片机应用系统除了基本组成结构、功能及其一个实际的单片机应用系统除了基本组成结构、功能及其扩展基本外围设备的接口技术外，还需要多种配置及其扩展基本外围设备的接口技术外，还需要多种配置及其接口连接；单片机应用系统设计涉及到许多复杂的内容接口连接；单片机应用系统设计涉及到许多复杂的内容和问题，如：多种类型的电路结构：模拟电路、伺服电和问题，如：多种类型的电路结构：模拟电路、伺服电路、抗干扰隔离电路等。路、抗干扰隔离电路等。因此，单片机应用系统设计应遵循一些基本原则和方

3、法。因此，单片机应用系统设计应遵循一些基本原则和方法。从应用角度，了解单片机应用系统的结构、设计的内容从应用角度，了解单片机应用系统的结构、设计的内容与一般方法，对于单片机应用系统的工程设计与开发有与一般方法，对于单片机应用系统的工程设计与开发有十分重要的指导意义。十分重要的指导意义。5.1.1 5.1.1 单片机应用系统单片机应用系统的结构的结构由于单片机主要用于工业由于单片机主要用于工业控制，其典型应用系统控制，其典型应用系统应包括单片机系统、用应包括单片机系统、用于测控目的的前向传感于测控目的的前向传感器输入通道、用于伺服器输入通道、用于伺服的后向控制输出通道及的后向控制输出通道及基本的

4、人机对话通道。基本的人机对话通道。大型复杂的测控系统是大型复杂的测控系统是一个多机系统，还包括一个多机系统，还包括机与机之间进行通信的机与机之间进行通信的相互通道。相互通道。5.1.2 5.1.2 前向通道的组成及其特点前向通道的组成及其特点前向通道是单片机与测控对象相连的部分，是应用系统的数据采集的前向通道是单片机与测控对象相连的部分，是应用系统的数据采集的输入通道。输入通道。来自被控对象的现场信息多种多样。按物理量的特征可分为模拟量、来自被控对象的现场信息多种多样。按物理量的特征可分为模拟量、数字量和开关量。数字量和开关量。对于数字量（频率、周期、相位、计数等）的采集，输入比较简单。对于数

5、字量（频率、周期、相位、计数等）的采集，输入比较简单。它们可直接作为计数输入、测试输入、它们可直接作为计数输入、测试输入、I/O口输入或中断输入进行口输入或中断输入进行事件计数、定时计数，实现脉冲的频率、周期、相位及计数测量。事件计数、定时计数，实现脉冲的频率、周期、相位及计数测量。对于开关量的一般通过对于开关量的一般通过I/O口线或扩展口线或扩展I/O口线直接输入。口线直接输入。对于模拟量的采集则比较复杂：一般被控对象都是交变电流、交变电对于模拟量的采集则比较复杂：一般被控对象都是交变电流、交变电压、大电流系统等等。压、大电流系统等等。5.1.2 5.1.2 前向通道的组成及其特点前向通道的

6、组成及其特点模拟量输入通道，一般包括模拟量输入通道，一般包括变换器、隔离放大器、滤波器、采样保持器、多路电子转换开关、变换器、隔离放大器、滤波器、采样保持器、多路电子转换开关、A/D转换器转换器及其接口电路及其接口电路。变换器变换器是各种传感器的总称，它采集现场的各种信号，并变换成电信号（电压信号或电流信号）；是各种传感器的总称，它采集现场的各种信号，并变换成电信号（电压信号或电流信号）；隔离放大器隔离放大器：单片机属于数字弱电系统，在数字量和开关量的采集通道中，要用隔离器件进行隔离（如：单片机属于数字弱电系统，在数字量和开关量的采集通道中，要用隔离器件进行隔离（如光电藕元器件）；传感器输出的

7、信号一般较弱，需要放大；光电藕元器件）；传感器输出的信号一般较弱，需要放大；滤波器滤波器：现场信息来自各种工业现场，夹带大量的噪音和干扰信号，为提高系统的可靠性，必须隔离或：现场信息来自各种工业现场，夹带大量的噪音和干扰信号，为提高系统的可靠性，必须隔离或削减干扰信号；抗干扰设计重点部位；削减干扰信号；抗干扰设计重点部位；采样保持器采样保持器：在前向通道有两个作用：在前向通道有两个作用(1)实现多路模拟信号的同时采集实现多路模拟信号的同时采集;(2)消除消除A/D转换器的转换器的”孔径孔径”误差（误差（”孔径时间孔径时间”：A/D转换器从开始转换到转换结束输出稳定信号这一段时间）转换器从开始转

8、换到转换结束输出稳定信号这一段时间）多路电子转换开关多路电子转换开关：实现一个：实现一个A/D转换器分时对多路模拟信号进行转换；转换器分时对多路模拟信号进行转换；A/D转换器转换器：前向通道中模拟系统与数字系统连接的核心部件。：前向通道中模拟系统与数字系统连接的核心部件。5.1.2 5.1.2 前向通道的组成及其特点前向通道的组成及其特点前向通道的特点：前向通道的特点：（1）与现场对象相连接，是现场干扰进入的主要通道，是整）与现场对象相连接，是现场干扰进入的主要通道，是整个系统抗干扰设计的重点部位；个系统抗干扰设计的重点部位；（2）由于所采集的对象不同，有模拟量、数字量和开关量，）由于所采集的

9、对象不同，有模拟量、数字量和开关量，而这些都是由安放在现场的传感、变换装置产生的，许多参而这些都是由安放在现场的传感、变换装置产生的，许多参量信号不能满足单片机输入的要求，故有大量的、形式多样量信号不能满足单片机输入的要求，故有大量的、形式多样的信号变换调节电路；的信号变换调节电路；（3）前向通道是一个模拟、数字混合电路系统，其电路功耗）前向通道是一个模拟、数字混合电路系统，其电路功耗小，一般没有功率驱动要求。小，一般没有功率驱动要求。5.1.35.1.3 后向通道的组成及其特点后向通道的组成及其特点后向通道是应用系统的伺服驱动通道。后向通道是应用系统的伺服驱动通道。作用于控制对象的控制信号通

10、常有两种：作用于控制对象的控制信号通常有两种：一种是一种是开关量控制信号开关量控制信号，另一种是，另一种是模拟量控制信号模拟量控制信号。开关量控制信号开关量控制信号的后向通道比较简单，只需要采用隔离器件进的后向通道比较简单，只需要采用隔离器件进行隔离及电平转换。行隔离及电平转换。模拟量控制信号模拟量控制信号的后向通道，需要进行的后向通道，需要进行D/A转换、隔离放大、转换、隔离放大、功率驱动等器件进行隔离及电平转换。功率驱动等器件进行隔离及电平转换。5.1.35.1.3 后向通道的组成及其特点后向通道的组成及其特点后向通道的特点：后向通道的特点：（1）后向通道是应用系统的输出通道，大多数需要功

11、）后向通道是应用系统的输出通道，大多数需要功率驱动；率驱动；（2）靠近伺服驱动现场，伺服控制系统的大功率负荷）靠近伺服驱动现场，伺服控制系统的大功率负荷易从后向通道进入单片机系统，故后向通道的隔离对易从后向通道进入单片机系统，故后向通道的隔离对系统的可靠性影响很大；系统的可靠性影响很大；（3）根据输出控制的要求不同，后向通道电路多种多）根据输出控制的要求不同，后向通道电路多种多样，如模拟电路、数字电路和开关电路，输出信号的样，如模拟电路、数字电路和开关电路，输出信号的形式有电流输出、电压输出、开关量输出及数字量输形式有电流输出、电压输出、开关量输出及数字量输出等。出等。5.1.4 5.1.4

12、人机通道的结构及其特点人机通道的结构及其特点单片机系统中的人机通道是用户为了对应用系统进行干预（如启单片机系统中的人机通道是用户为了对应用系统进行干预（如启动、参数设置等），以及了解应用系统运行状态所设置的对话动、参数设置等），以及了解应用系统运行状态所设置的对话通道，主要有键盘、显示器、打印机等通道接口。通道，主要有键盘、显示器、打印机等通道接口。人机通道的特点：人机通道的特点：（1）由于通常的单片机应用系统大多数是小规模系统，因此，）由于通常的单片机应用系统大多数是小规模系统，因此，应用系统中的人机对话通道及人机对话设备的配置都是小规模应用系统中的人机对话通道及人机对话设备的配置都是小规模

13、的，如微型打印机、功能键、的，如微型打印机、功能键、LED/LCD显示器等。若需要高显示器等。若需要高水平的人机对话配置，如通用打印机、水平的人机对话配置，如通用打印机、CRT、硬盘、标准键盘、硬盘、标准键盘等，则往往将单片机应用系统通过外总线与通用计算机相连，等，则往往将单片机应用系统通过外总线与通用计算机相连，享用通用计算机的外围人机对话设备。享用通用计算机的外围人机对话设备。（2）单片机应用系统中，人机对话通道及接口大多采用内总线）单片机应用系统中，人机对话通道及接口大多采用内总线形式，与计算机系统扩展密切相关形式，与计算机系统扩展密切相关。5.1.5 5.1.5 相互通道及其特点相互通

14、道及其特点单片机系统中的相互通道是解决单片机系统间相互通信的接口，在较大单片机系统中的相互通道是解决单片机系统间相互通信的接口，在较大规模的多机测控系统中，就需要设计相互通道接口。规模的多机测控系统中，就需要设计相互通道接口。相互通道设计中须考虑的问题：相互通道设计中须考虑的问题：（1）中、高档单片机大多设有串行端口，为构成系统的相互通道提供）中、高档单片机大多设有串行端口，为构成系统的相互通道提供了方便条件；了方便条件；（2）单片机本身的串行口只为相互通道提供了硬件结构及基本的通信）单片机本身的串行口只为相互通道提供了硬件结构及基本的通信方式，并没有提供标准的通信规程。故利用单片机串行口构成

15、相互方式，并没有提供标准的通信规程。故利用单片机串行口构成相互通道时，要配置比较复杂的通信软件；通道时，要配置比较复杂的通信软件；（3）在很多情况下，采用扩展标准控制通信芯片来组成相互通道。如，）在很多情况下，采用扩展标准控制通信芯片来组成相互通道。如，用扩展用扩展8250、8251、SIO、8273、MC6850等标准控制通信芯片来等标准控制通信芯片来构成相互通信接口；构成相互通信接口；（4）相互通信接口都是数字电路系统，抗干扰能力强。但大多数都需）相互通信接口都是数字电路系统，抗干扰能力强。但大多数都需远距离传输，故需要解决长线传输的驱动、匹配、隔离等问题。远距离传输，故需要解决长线传输的

16、驱动、匹配、隔离等问题。单片机应用系统的组成：单片机应用系统的组成：硬件系统硬件系统+软件系统软件系统硬件系统：硬件系统：单片机基本结构、扩展的存储器、外围设备及其接口单片机基本结构、扩展的存储器、外围设备及其接口电路电路软件系统：软件系统：监控程序、各种应用程序监控程序、各种应用程序5.1.6 5.1.6 单片机应用系统单片机应用系统的设计内容的设计内容5.1.6 5.1.6 单片机应用系统单片机应用系统的设计内容的设计内容单片机应用系统的设计包含硬件设计和软件设计两部分。硬件设计又包括单片机单片机应用系统的设计包含硬件设计和软件设计两部分。硬件设计又包括单片机系统扩展和配置。具体设计内容包

17、括：系统扩展和配置。具体设计内容包括：（1）单片机系统设计）单片机系统设计 单片机本身具备比较强大的功能，但往往不能满足一个实际应用系统功能的要单片机本身具备比较强大的功能，但往往不能满足一个实际应用系统功能的要求，有些单片机本身就缺少一些功能部分，如求，有些单片机本身就缺少一些功能部分，如8031片内无程序存储器，所以片内无程序存储器，所以要通过系统扩展，构成一个完善的计算机系统，它是单片机应用系统中的核要通过系统扩展，构成一个完善的计算机系统，它是单片机应用系统中的核心部分。系统的扩展方法、内容、规模与所用的单片机和要求有关。心部分。系统的扩展方法、内容、规模与所用的单片机和要求有关。单片

18、机系统扩展的设计内容如下：单片机系统扩展的设计内容如下：1）最小系统设计：给单片机配以必要的器件构成单片机最小系统。如）最小系统设计：给单片机配以必要的器件构成单片机最小系统。如MCS-51系列片内有程序存储器的机型，只需在片外配置上电源、复位电路、振荡电系列片内有程序存储器的机型，只需在片外配置上电源、复位电路、振荡电路，这样，便于对单片机系统进行测试和调试。路，这样，便于对单片机系统进行测试和调试。2）系统扩展设计：在单片机最小系统的基础上，再配置能满足应用系统要求的）系统扩展设计：在单片机最小系统的基础上，再配置能满足应用系统要求的一些外围功能器件。一些外围功能器件。5.1.6 5.1.

19、6 单片机应用系统单片机应用系统的设计内容的设计内容（）通道和接口设计（）通道和接口设计 由于通道大都是通过由于通道大都是通过I/O口进行配置的，与单片机本身的联系不甚紧口进行配置的，与单片机本身的联系不甚紧密，故大多数接口电路都能方便地到其它类型的单片机应用系统中密，故大多数接口电路都能方便地到其它类型的单片机应用系统中去去（）系统抗干扰设计（）系统抗干扰设计抗干扰设计要贯穿到应用系统设计的全过程。从具体方案、器件选择抗干扰设计要贯穿到应用系统设计的全过程。从具体方案、器件选择到电路系统设计，从硬件系统设计到软件系统设计，都要把抗干扰到电路系统设计，从硬件系统设计到软件系统设计，都要把抗干扰

20、设计列为一项重要工作。设计列为一项重要工作。（）应用软件设计（）应用软件设计应用软件是根据系统功能要求，采用汇编语言或高级语言进行设计应用软件是根据系统功能要求，采用汇编语言或高级语言进行设计,主要包括：系统软件设计分析、流程图绘制、程序编制、调试等。主要包括：系统软件设计分析、流程图绘制、程序编制、调试等。单片机应用系统的设计，单片机应用系统的设计，确实涉及到许多复杂的内容和问题，确实涉及到许多复杂的内容和问题，但只要遵循一些系统设计的基本原则和方法，但只要遵循一些系统设计的基本原则和方法，从应用角度出发，从应用角度出发，深入深入了解单片机应用系统的结构和设计方法，了解单片机应用系统的结构和

21、设计方法，积极从事积极从事单片机应用系统的设计与开发工作，单片机应用系统的设计与开发工作，肯定能够成为智能化控制领域的工程师与科学家肯定能够成为智能化控制领域的工程师与科学家！5.2 SPI5.2 SPI总线总线DS1302DS1302实时时钟控制实时时钟控制 5.2.1 DS1302的基础知识的基础知识 5.2.2 DS1302管脚的配置管脚的配置 5.2.3 DS1302采用采用1位位LED显示时钟的设计显示时钟的设计5.2.1 DS13025.2.1 DS1302的基础知识的基础知识SPI总线总线(Serial Peripheral Interface-串行外设串行外设接口接口)，又称同

22、步串行外设接口，是一种符合，又称同步串行外设接口，是一种符合工业标准、全双工、三线或四线通信方式的总工业标准、全双工、三线或四线通信方式的总线系统，它允许线系统，它允许MCU与各种外围设备以串行与各种外围设备以串行方式通信。数据的传输需要一条时钟线、一条方式通信。数据的传输需要一条时钟线、一条数据线和一条控制线（有的需两条），可以工数据线和一条控制线（有的需两条），可以工作在主模式或从模式下。在主模式下每位数据作在主模式或从模式下。在主模式下每位数据发送发送/接收需要一个时钟周期。接收需要一个时钟周期。5.2.1 DS13025.2.1 DS1302的基础知识的基础知识DS1302 是是美国美

23、国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、公司推出的一种高性能、低功耗、带带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、星期、日、时、的实时时钟电路，它可以对年、月、星期、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，时钟操作可通过分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用指示决定采用24或或12小时格式，工作电压为小时格式，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与。采用三线接口与CPU进行进行同步通信同步通信，并可采用突发，并可采用突发方式一次传送多个字节的方式一次传送多个字节的时钟信号时钟信号或或RAM数据。数据。DS1302内部有一个内部有一个318的用于临时性存放

24、数据的的用于临时性存放数据的RAM寄寄存器存器。DS1302是是DS1202的升级产品，与的升级产品，与DS1202兼容，兼容，但增加了主电源但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。电源进行涓细电流充电的能力。Vcc1为后备电源，为后备电源，Vcc2为主电源，在主电源关闭的情况为主电源，在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行，由下，也能保持时钟的连续运行，由Vcc1或或Vcc2两者中的两者中的较大者供电。较大者供电。X1和和X2是振荡源，外接是振荡源，外接32.768kHz晶振。晶振。SCLK为时钟输入端，为时钟

25、输入端，I/O为串行数据输入输出端为串行数据输入输出端(双向双向)。RST是复位是复位/片选线片选线，通过把，通过把RST输入驱动置高电平来启动输入驱动置高电平来启动所有的所有的数据传送数据传送。RST输入有两种功能：首先，输入有两种功能：首先，RST接通接通控制逻辑，允许地址控制逻辑，允许地址/命令序列送入命令序列送入移位寄存器移位寄存器；其次，；其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。当提供终止单字节或多字节数据传送的方法。当RST为为高电平时，所有的高电平时，所有的数据传送数据传送被初始化，允许对被初始化，允许对DS1302进进行操作。如果在传送过程中行操作。如果在传送过程中R

26、ST置为低电平，则会终止此置为低电平，则会终止此次次数据传送数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.0V之前，之前，RST必须保持低电平。只有在必须保持低电平。只有在SCLK为低为低电平时，才能将电平时，才能将RST置为高电平置为高电平。命令字节中的每一位都命令字节中的每一位都是在是在SCLK的上升沿送出的。的上升沿送出的。5.2.2 DS13025.2.2 DS1302管脚的配置管脚的配置5.2.3 DS13025.2.3 DS1302采用采用1 1位位LEDLED显示时钟的设计显示时钟的设计 （1）设计要求）设计要求DS1302采用1位LED显

27、示时钟的设计（2）设计分析）设计分析最小的单片机系统+数码管+DS1302 DS1302为实时时钟/日历芯片，具有调时功能，因此需要一个调整控制按键及星期、年、月、日、时分的调整键。由于只有1位LED进行，因此可用单片机的P2口直接驱动。Proteus ISIS7软件自带DS1302时钟窗口（在仿真时自动弹出），因此LED专门用来显示星期。（3）系统原理图设计）系统原理图设计 单片机AT89C51瓷片电容CAP 30pf晶振CRYSTAL 12MHz电阻RES按钮BUTTON电解电容CAP-ELEC时钟芯片DS13027SEG-COM-ANODE（4）程序流程图设计）程序流程图设计(略略)（5

28、）源程序设计（）源程序设计（C语言）语言）#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar xingqi,nian,yue,ri,xiaoshi,fen,miao;uchar dd=2;sbit clk=P10;sbit dat=P11;sbit rst=P12;sbit A0=ACC0;sbit A1=ACC1;sbit A2=ACC2;sbit A3=ACC3;sbit A4=ACC4;sbit A5=ACC5;sbit A6=ACC6;sbit A7=ACC7;sbit p30=P30;sbit p31=P

29、31;sbit p32=P32;sbit p33=P33;sbit p34=P34;sbit p35=P35;sbit p36=P36;sbit p37=P37;bit flag=0;uchar code tab=0 xff,/共阴极数码管任意值共阴极数码管任意值 0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,;/17uchar code tab1=0 x00,0 x01,0 x02,0 x03,0 x04,0 x05,0 x06,0 x07,0 x08,0 x09,0 x10,0 x11,0 x12,0 x13,0 x14,0 x15,0 x16,0 x17,0 x1

30、8,0 x19,0 x20,0 x21,0 x22,0 x23,0 x24,0 x25,0 x26,0 x27,0 x28,0 x29,0 x30,0 x31,0 x32,0 x33,0 x34,0 x35,0 x36,0 x37,0 x38,0 x39,0 x40,0 x41,0 x42,0 x43,0 x44,0 x45,0 x46,0 x47,0 x48,0 x49,0 x50,0 x51,0 x52,0 x53,0 x54,0 x55,0 x56,0 x57,0 x58,0 x59,0 x60;void InputByte(uchar dd)/写一个字节到写一个字节到1302中中 uc

31、har i;ACC=dd;for(i=8;i0;i-)dat=A0;clk=1;clk=0;ACC=ACC=1;void OutputByte(void)/从从ds1302中中读取读取i个数据个数据 uchar i;dat=1;for(i=8;i0;i-)ACC=ACC1;A7=dat;clk=1;clk=0;dd=ACC;void Write(uchar addr,uchar num)rst=0;clk=0;rst=1;InputByte(addr);/写地址写地址 InputByte(num);/写数据写数据 clk=1;rst=0;void WriteSec(uchar num)Writ

32、e(0 x80,num);void WriteMin(uchar num)Write(0 x82,num);void WriteHr(uchar num)Write(0 x84,num);void WriteDay(uchar num)Write(0 x86,num);void WriteMn(uchar num)Write(0 x88,num);void WriteWe(uchar num)Write(0 x8a,num);void WriteYs(uchar num)Write(0 x8c,num);void DisableWP(void)Write(0 x8e,0 x00);void R

33、ead(uchar addr)rst=0;clk=0;rst=1;InputByte(addr);OutputByte();clk=1;rst=0;/初始化设置时间初始化设置时间2008年年5月月27日日23时时58分分00秒秒void main(void)unchar i;unchar fen1,fen2,fen3,fen4;P3=0 xff;disableWP;/非写保护非写保护 WriteSec(0 x00);WriteMin0 x58);WriteHr(0 x23);WriteDay(0 x27);WriteMn(0 x05);WriteYs(0 x08);WriteWe(0 x02)

34、;Read(0 x8b);xingqi=dd;P2=tabxinqi;/修改修改 （6）系统调试与仿真 1）keil c 调试；2）proteus调试；3）联合调试；4）仿真结果。设计设计1 1位位LEDLED显示时钟显示时钟是不是很简单？是不是很简单？设计星期、年、月、日、时、分全部显示的设计星期、年、月、日、时、分全部显示的时钟时钟呢？呢？你是否能够设计一个闹钟呢？你是否能够设计一个闹钟呢？。单片机应用系统的设计，单片机应用系统的设计，原来是如此的简单啊！原来是如此的简单啊！设计能力提高了，自信心自然也就提高了！设计能力提高了，自信心自然也就提高了！5.3.1 电动机简介电动机简介5.3.

35、2 电动机的基本原理电动机的基本原理5.3.3 电动机控制电动机控制5.3 5.3 电动机控制设计电动机控制设计电动机电动机：是将电能转变为机械能的一种机器，它是利用：是将电能转变为机械能的一种机器，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成。通电线圈在磁场中受力转动的现象制成。按使用电源不同分为按使用电源不同分为直流电动机直流电动机和和交流电动机交流电动机。电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步）。速不保持同步）。通常电动机的做功部

36、分作旋转运动，这种电动机称为转通常电动机的做功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。5.3.1 5.3.1 电动机简介电动机简介电动机能提供的电动机能提供的功率范围很大功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级；，从毫瓦级到万千瓦级；电动机的使用和控制非常方便，具有电动机的使用和控制非常方便，具有自起动自起动、加速、制动、加速、制动、反转、掣住反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；等能力，能满足各种运行要求；电动机的电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小噪

37、声也较小；由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。电动机按用途可分为电动机按用途可分为驱动用电动机驱动用电动机和和控制用电动机控制用电动机。驱动用电动机驱动用电动机又分为：又分为：电动工具用电动机（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、电动工具用电动机（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）；扩孔等工具）；家电用电动机（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、家电用电动机（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘

38、器、照相机、电吹风、电动录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）；剃须刀等）；其它通用小型机械设备用电动机（包括各种小型机床、小其它通用小型机械设备用电动机（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）。型机械、医疗器械、电子仪器等）。控制用电动机控制用电动机又分为：又分为：步进电动机和伺服电动机等。步进电动机和伺服电动机等。5.3.2 5.3.2 电动机基本原理电动机基本原理步进电动机步进电动机:是一种将脉冲信号变换成相应的角位移是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移或线位移)的的电磁装置，是一种特殊的电动机。电磁装置，是一种特殊的电动机。一般电动机都是连续

39、转动的，而步进电动机则有定位和运转两一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态：种基本状态：当有脉冲输入时当有脉冲输入时,步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。的转角、转速及转动方

40、向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。持原有位置处于定位状态。步进电动机步进电动机分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。步进电机的应用步进电机的应用:精度高，运行可靠精度高，运行可靠,主要用于数字控制系统中。如采用主要用于数字控制系统中。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、

41、转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用亦有应用。机电式步进电动机机电式步进电动机由铁心、线圈、齿轮由铁心、线圈、齿轮机构等组成。机构等组成。螺线管线圈通电时将产生磁力，推动其螺线管线圈通电时将产生磁力，推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，通过抗旋转齿轮使输出转转动一角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置；线圈再通电，轴保持在新的工作位置；线圈再通电，转轴又转动一角度，依次进行步进运动。转轴又转动一角度，依次进行步进运动。在

42、电动机定子上有在电动机定子上有A、B、C三对磁极，磁极上三对磁极，磁极上绕有线圈，分别称之为绕有线圈，分别称之为A相、相、B相和相和C相，而转相，而转子则是一个带齿的铁心，这种步进电动机称之为子则是一个带齿的铁心，这种步进电动机称之为三相步进电动机。如果在线圈中通以直流电，就三相步进电动机。如果在线圈中通以直流电，就会产生磁场，当会产生磁场，当A、B、C三个磁极的线圈依次三个磁极的线圈依次轮流通电，则轮流通电，则A、B、C三对磁极就依次轮流产三对磁极就依次轮流产生磁场吸引转子转动。这样按生磁场吸引转子转动。这样按ABCABCA次序轮流通电，步次序轮流通电，步进电动机就一步一步地按逆时针方向旋转

43、。通电进电动机就一步一步地按逆时针方向旋转。通电线圈每转换一次，步进电动机旋转线圈每转换一次，步进电动机旋转30，我们把，我们把步进电动机每步转过的角度称之为步距角。如果步进电动机每步转过的角度称之为步距角。如果把步进电动机通电线圈转换的次序倒过来换成把步进电动机通电线圈转换的次序倒过来换成ACBACB的顺序，则步进电动的顺序，则步进电动机将按顺时针方向旋转，所以要改变步进电动机机将按顺时针方向旋转，所以要改变步进电动机的旋转方向可以在任何一相通电时进行的旋转方向可以在任何一相通电时进行。直流电动机：直流电动机：将直流电能转换为机械能将直流电能转换为机械能的的电动机电动机。因其良好的调速性能而

44、在。因其良好的调速性能而在电电力拖动力拖动中得到广泛应用。直流电动机按中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励励磁方式分为永磁、他励和自励3类类,其其中自励又分为中自励又分为并励并励、串励和复励、串励和复励3种。种。直流电动机直流电动机 特点特点(一一)调速性能好。所谓调速性能好。所谓“调速性能调速性能”，是指是指电动机电动机在一定负载的条件下，根据在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。平滑的无级调速，而且调速范围较宽。

45、(二二)起动力矩大。可以均匀而经济地实起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电电车车等，都用直流电动机拖动。等，都用直流电动机拖动。（1）设计要求）设计要求利用步进电动机进行转速控制。（2）设计分析）设计分析最小的单片机系统+步进电动机+两个按键利用单片机控制脉冲发生器产生一定频率的脉冲信号,脉冲分配器将产生一定规律的电脉冲输出给驱动器,可控制步进电动机的转动：转动的角度大小与施加的脉冲数成正比,转动的速

46、度与施加的脉冲频率成正比,转动的方向与施加的脉冲顺序有关。5.3.3 5.3.3 电动机控制电动机控制_步进电动机转速控制步进电动机转速控制（3）系统原理图设计）系统原理图设计 单片机AT89C51瓷片电容CAP 30pf晶振CRYSTAL 12MHz电阻RES按钮BUTTON电阻排RESPACK-7电解电容CAP-ELEC电动机MPTOR-STEPPER（4）程序流程图设计）程序流程图设计(略略)（5）源程序设计（）源程序设计（C语言）语言）#includereg51.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned charlong a=15

47、5;code tab=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08;/1相励磁法，正传void int0()interrupt 0 a+=100;if(a65535)a=65534;void int1()interrupt 2 a-=100;if(a0)a=0;void delay(n)/延时 long i;for(i=0;in;i+);main()uchar i;EX0=1;/打开外部中断0 IT0=1;/下降沿触发中断INT0 EX1=1;/打开外部中断1 IT1=1;/下降沿触发中断INT1 EA=1;while(1)for(i=0;i=65535)a=65534;void int1(

48、)interrupt 2 /使占空比减小 a-=3000;if(a0)a=0;void time0_server_(void)interrupt 1 if(flag=1)P2_1=0;TH0=65535-(65535-a)/256);TL0=65535-(65535-a)%256);if(flag=0)P2_1=1;TH0=(65535-a)/256;TL0=(65535-a)%256;flag=flag;void Init_t0(void)/初始化 TMOD=0X01;/选择方式1 TH0=(65535-a)/256;TL0=(65535-a)%256;ET0=1;TR0=1;EX0=1;/

49、打开外部中断0 IT0=1;/下降沿触发中断INT0 EX1=1;/打开外部中断1 IT1=1;/下降沿触发中断INT1 EA=1;void main(void)P2_1=1;Init_t0();/初始化 while(1);（6）系统调试与仿真 1）keil c 调试；2）proteus调试；3）联合调试；4）仿真结果。（1）设计要求）设计要求利用步进电动机进行启动、停止控制。（2）设计分析）设计分析最小的单片机系统+步进电动机+两个按键转动的方向与施加的脉冲顺序有关：启动：施加脉冲顺序改变 停止：施加脉冲顺序不变5.3.3 5.3.3 电动机控制电动机控制_电气模拟控制电气模拟控制步进电动机

50、启动、停止步进电动机启动、停止（3）系统原理图设计）系统原理图设计 单片机AT89C51瓷片电容CAP 30pf晶振CRYSTAL 12MHz电阻RES按钮BUTTON电解电容CAP-ELEC电动机MPTOR-STEPPER（4）程序流程图设计）程序流程图设计(略略)（5）源程序设计（）源程序设计（C语言）语言）#includereg51.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar flag=0;code tab=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08;void int0()interrupt 0 flag=1;