单片机原理与应用 第9章 单片机系统的工程设计.pptVIP

尚辅网 第9章 单片机系统的工程设计 本章主要内容 9.1 MCS-51单片机应用系统设计概述 9.1.1 单片机应用系统的构成 9.1.2 单片机系统的设计要求 9.1.3 单片机系统的设计方法 9.2 单片机控制的温度采集系统 9.2 单片机控制的温度采集系统 9.2.1 系统硬件电路的设计 9.2.2 系统软件设计 9.2.2 系统软件设计 9.2.2 系统软件设计 9.2.2 系统软件设计 9.2.2 系统软件设计 9.2.2 系统软件设计 9.2.2 系统软件设计 9.2.2 系统软件设计 9.2.2 系统软件设计 9.3 单片机控制的纸机转速系统 9.3 单片机控制的纸机转速系统 9.3.1 系统硬件电路的设计 9.3.1 系统硬件电路的设计 9.3.2 系统控制功能及软件设计 9.3.2 系统控制功能及软件设计 9.4 步进电机控制应用实例 本课小结 思考题及习题 思考题及习题 9.3.2 系统控制功能及软件设计 5. 单片机PID调节器 单片机在获得了转速的给定值和反馈值后，将形成转速的偏差，并且利用调节器算法得到输出值去控制晶闸管—电动机系统，从而实现对整个直流调速系统的闭环控制。在本系统中，调节器采用比例—积分（PI）的形式。单片机要构成比例—积分调节器只能采用离散差分式算法。实现比例—积分算法的程序略。 步进电机是依靠电脉冲信号驱动的执行电器。它将接收到的控制脉冲转变成电动机轴上的角位移输出。 步进电机具有启停迅速、精确步进、控制灵活方便等诸多优点，广泛应用于需要精确定位的控制系统和各种智能化仪器仪表，如数控机床、加工中心、机器人、医疗仪器和计算机的外部设备（如打印机、磁盘驱动器）等。 常用的步进电机有三相、四相、五相、六相四种，本节以三相反应式步进电机为例，介绍其控制原理及程序设计。 9.4.1 步进电机基础知识 1. 步进电机工作原理 反应式步进电机的结构 步进电机结构上分为定子和转子两部分。电机的定子上有六个等分磁极，相邻的两个磁极之间夹角为60°，相对的两个磁极组成一相（A-A′，B-B′，C-C′）。当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有5个均匀分布的矩形小齿。电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布在圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。 9.4.1 步进电机基础知识 当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有5个均匀分布的矩形小齿。电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布在圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。 反应式步进电机的工作原理 当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路，如果定子的小齿和转子的小齿没有对齐，转子将转动一定的角度。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的原因。 步距角θs：转子走一步所转过的角度。定子从一种通电状态变换到另一种通电状态，叫做“一拍”，每一拍转子就转过一个θs，定子的通电状态循环改变一次所包含的状态称为拍数（N），步距角的表达式为 （Zr—转子齿数） 9.4.1 步进电机基础知识 2. 步进电机控制原理 根据步进电机的工作原理，如果按顺序给步进电机的绕组施加有序的脉冲电流，就可以控制步进电机的转动，从而实现数字→角度的转换。 对于三相反应式步进电机，电流脉冲的施加有3种方式。 （1）单相三拍方式：按单相绕组施加电流脉冲。 正转：A→B→C→A 反转：A→C→B→A （2）双相三拍方式：按双相绕组施加电流脉冲。 正转：AB→BC→CA→AB 反转：AC→CB→BA→AC （3）三相六拍方式：单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲。 正转： A→AB→B→BC→C→CA→A 反转：A→AC→C→CB→B→BA→A 9.4.1 步进电机基础知识 结论 单相三拍方式的每一拍步距角为3°，三相六拍的步距角则为1.5°。因此在三相六拍下，步进电机的运行要平稳，但在同样的运行角度与速度下，三相六拍驱动脉冲的频率需要提高一倍，对驱动开关管的开关特性要求较高。 9.4.2 步进电机的单片机控制系统 单片机控制步进电机的主要任务 把二进制数的控制字（即通电状态）变成脉冲序列，输入给步进电机，脉冲的产生与分配、步数、方向和速度的控制，都是由单片机的软件来实现的。通过接口电路，可进行信号传递和步进电机驱动。 9.4.1 步进电机基础知识 1. 系统硬件接口电路 P1（P1.0、P1.1、P1.2）口为脉冲输出接口，P1.0、P1.1、P1.2分别控制步进电机的A、B、C三相绕组。当P1口中的某一位如P1.0输出高电平时，光电耦合器导通，V1截止，V2导通，A相