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计算机控制(第五章,开关IO,电机控制、步进电机)


程序清单: ORG 0000H AJMP MAIN ;上电自动转向主程序 ORG 0003H ;外部中断方式0入口地址 AJMP ALARM ORG 0200H MAIN:SETB IT0 ;选择边沿触发方式 SETB EX0 ;允许外部中断0 SETB EA ;CPU允许中断 HERE: SJMP HERE ; 模拟主程序 ORG 0210H ALARM: MOV A,#0FFH :设P1口为输入口 MOV P1, A MOV A,P1 ;取报警状态 SWAP A ;ACC.7~ACC.4←→ACC.3~ACC.0 MOV P1,A ;输出报警信号 RETI
下图为三相直流步进电机控制,A、B、C三相均由直流 型SSR控制,分别接至8031的P1.0, P1.1, P1.2端。
2、交流型 交流型SSR用双向可控硅作为无触点开关器件,用于交流 大功率驱动场合,如交流电机、交流电磁阀等。 交流SSR又分为非过零型和过零型两类。
下图为一交流过零型SSR原理图。
MOV 22H,20H ;延时t1 DELAY1:ACALL DELAY0 DJNZ 22H,DELAY1 MOV A,#00H ;滑行 MOVX @DPTR,A MOV 23H,21H ;延时t2 DELAY2:ACALL DELAY0 DJNZ 23H,DELAY2 AJMP LOOP STOP:MOV A,#03H ;刹车 MOV DPTR,#0FD01H MOVX @DPTR,A AJMP LOOP INVERT:MOV A,#01H ;反转 AJMP OUTPUT DELAY0:… ;软件延时的单位时间
步进电机的步距角为: Qs=360O/(k×M×Z)
步进电机的特点: 能直接接收数字量,控制方便; 快速启停能力,停止时有自锁能力; 无步距误差的积累,精度高; 但带惯性负载能力较差;等等。
定子上有三组绕组线圈, 转子一周上有40个矩形小齿。
(二)步进电机控制系统的原理 典型的步进电机控制系统如下图所示. 步进控制器的主要功能是实现脉冲的环行分配,可用各种 逻辑电路来实现.
实例:一个完整的双向直流电机控制接口电路如下图所示。 8155A口为输出方式,电机工作状态真值表和电机的控制模 型如下表所示:
电机正转时,控制模型为02H(PA1=1,PA0=0); 电机反转时,控制模型为01H; 电机刹车时,控制模型为03H; 电机滑行时,控制模型为00H。 PB口和PC口为输入方式: PB口输入8个开关提供的脉冲宽度给定值N; PC1口线的单刀双掷开关提供启停控制,PC1=0为启动, PC1=1为停止; PC0口线的单刀双掷开关提供正反转向控制,PC0=0时正 转,PC0=1为反转。
01H→03H→02H→06H→04H→05H→

(三)步进电机与微机的接口与程序设计 单片机与步进电机的接口电路用锁存器、可编程接口芯片 等。还需加接光电隔离器。驱动器可用大功率复合管或专用驱动 器。下图中用达林顿管驱动,某位为0时对应绕组通电。
下图加接光电隔离器,某位为1时对应绕组通电。
所要求步数为N,控制标志位为00H,(00H)=1时为正转。 三相双三拍控制子程序: ORG 0100H ROT1:MOV A,#N JNB 00H,LOOP2 LOOP1:MOV P1,#03H ;正转 ACALL DELAY DEC A JZ DONE MOV P1,#06H ACALL DELAY DEC A JZ DONE MOV P1,#05H ACALL DELAY DEC A JZ DONE
用计算机控制,以软件程序代替步进控制器的复杂硬件 电路,可大大提高经济性、可靠性、控制灵活性。控制正反转、 步进速度、步进数很方便。步进电机的单片机控制系统如下图 所示:
步进电机控制原理:脉冲序列的生成;转动方向的控制; 速度控制;步数控制。 以三相步进电机控制为例,设A、B、C三相绕组分别与 P1.0、P1.1、P1.2相连接。工作方式有: 三相单三拍:A→B→C→A→B→C→… 三相双三拍:AB→BC→CA→AB→BC→CA→… 三相六拍:A→AB→B→BC→C→CA→… 对应的控制模型分别为:01H→02H→04H→ … 03H→06H→05H→ …
S
(六)可控硅接口电路 可控硅(SCR)又叫作晶闸管,它在交直流电机调速系统、 调功系统,以及随动系统中都得到广泛应用。 1、单向可控硅 单向可控硅具有单向导通作用,其符号见下图,A为阳极, K为阴极,G为控制极。其工作特性与大功率场效应管有所不同, 其输出特性见下图所示。
2、双向可控硅 双向可控硅也叫三端双向可控硅,简称为TRIAC,在结构上 象是两个单向可控硅的反向连接,具有双向导通作用。对控制极G 加正(负)脉冲可使其正(反)向导通。 为提高效率,要求触发脉冲与交流电压同步,常采用检测交 流电过零点来实现。
(一)多路开关量信号输入接口技术
检测的开关量信号路数较多时可用可编程芯片,如一 片8255最多可输入24路开关信号。教材图2-17中用3片8255 扩充64路输入接口。 当输入开关量路数不很多时,可采用普通逻辑器进行 输入接口的扩充。教材图2-18用3片74LS244扩充24路输入 接口。
(二)光电隔离技术 光电隔离器(光电耦合器)种类繁多,有发光二极管/光 敏三极管(光敏复合晶体管、光敏电阻、光触发可控硅等),常 用型号有4N25,TIL113,MOC3041等。 “电——光——电” 的联系方式。 下图为发光二极管/光敏三极管示意图。
(五)交流电机控制接口技术 微机与交流电机的接口技术注意:1、交流电有正、反两个 方向,要保证接口电路使电流正负两个周期都能通过;2、需加隔 离器。下图为采用固态继电器的交流伺服电机控制电路。 PC0,PC1控制电机的正反转和启停。
四、步进电机控制接口技术
(一)步进电机的工作原理 工作原理以三相步进电机为例,见下图:
(四)闭环脉冲宽度调速系统 闭环系统能提高电机PWM的调速系统的精度。它需 要在开环系统的基础上增加电机速度检测回路,把检测到的 速度值与给定值进行比较,再由数字调节器,如PID调节器 或直接数字控制器进行调节。 如下图所示为电机速度微机闭环控制系统的组成结构。 电机速度的测量有:测速发电机,光电码盘等。
LOOP2:MOV P1,#03H 反转 ACALL DELAY DEC A JZ DONE MOV P1,#05H ACALL DELAY DEC A JZ DONE MOV P1,#06H ACALL DELAY DEC A JNZ LOOP2 DONE: RET … DELAY:… …
三相六拍步进电机控制程序: ORG 8100H COUNT EQU 30H ROT2:MOV R2,COUNT ;设置总的运行步数 LOOP0:MOV R3,#00H ;一次循环中的步数 MOV DPTR,#POINT JNB 00H,LOOP2 LOOP1:MOV A,R3 MOVC A,@A+DPTR JZ LOOP0 MOV P1,A ACALL DELAY INC R3 ;下一步 DJNZ R2,LOOP1 RET
下图为一交流SSR控制单向交流控制电机的实例。 P1.0输出低电平时,SSR 1#导通, SSR 2#截止。
(五)大功率场效应管开关接口电路 大功率场效应管表示符号如下图所示,G为控制栅极,D为 漏极,S为源极。对于NPN型场效应管来说,G为高电平时,D、S 导通。在使用中场效应管前要加接光电隔离器。 下图为步进电机的控制电路。
控制系统软件设计:8155初始化;读入给定值N、方向控 制标志和启停控制标志。 流程图如下:
程序清单:
ORG 8000H START:MOV DPTR,#0FD00H ;8155控制口 MOV A,#01H MOVX @DPTR,A ;设置A口输出,B、C口输入 LOOP: MOV DPTR,#0FD02H ;8155 B口 MOVX A,@DPTR MOV 20H,A ;(20H)=N CPL A INC A MOV 21H,A ;(21H)=n-N,n=256 MOV DPTR,#0FD03H ;8155 C口 MOVX A,@DPTR JB ACC.1,STOP JB ACC.0,INVERT MOV A,#02H ;正转 OUTPUT:MOV DPTR,#0FD01H ;8155 A口 MOVX @DPTR,A
三、电机控制接口技术
电动机的应用非常广泛。电机分为动力电机和控制电机。 现代化生产对电机的性能要求越来越高:精度、速度、带 负载能力、灵活性、智能化等。 电机的控制用自动化控制设备,朝向集成化、微型化、智 能化方向发展。微机和单片机使电机控制产生革命性的飞跃。目 前已研制出了许多微机或单片机控制电机的系统及专用控制板。 不远的将来,智能化调速系统、电机一体化等会广泛应用。 (一)小功率直流电机调速原理 小功率直流电机的调速可通过控制电枢平均电压来实现。 用微机或单片机控制,通过改变电枢电压接通时间与通电周期的 比值(即占空比)来控制电机速度——此即脉冲宽度调制PWM。 电机转速由电枢电压Ua决定, Ua越大,电机转速越高。 电机通电时速度增加,断电时速度逐渐减小,控制通、断时间比 即可控制电机转速。 设电机全通电时的转速为Vmax,占空比为D=t1/T,则电机的 平均速度为:Vd=Vmax×D (近似的线性关系)
(三)电磁继电器输出接口技术 为触点式继电器,由线圈控制机械触点。线圈可由直流 低压控制,而触点输出部分可直接与高压相连。图中继电器为 常开型,其前面接有光电耦合器,二极管D为续流二极管。
(四)固态继电器(SSR)输出接口技术 SSR用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点,成为无 触点开关,在前级中与光电耦合器融为一体。 1、直流型 直流型SSR用晶体管作无触点开关。主要用于带直流负 载的场合,如直流电机控制,直流步进电机控制和电磁阀等。
(七)电磁阀接口技术 电磁阀对气体、液体管道的开关进行控制。广泛应用于液 压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。 电磁阀可分为交流和直流两类,根据其阀位和通道数目有 两位三通、两位四通、三位四通使用双向可控硅驱动或用一个直流继 电器作为中间继电器控制。
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