实验一步进电机基本原理实验一、实验目的1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。

2、掌握步进电机驱动程序的设计方法。

二、实验原理步进电动机又称为脉冲电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动、反转和制动的执行元件。

其功能是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。

步进电动机的运转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进/倒退一步。

步进电机旋转的角度由输入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电动机为一个数字/角度转换器。

当某一相绕阻通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转的原因。

四相步进电动机以四相单四拍、四相双四拍、四相八拍方式工作时的脉冲分配表如表1，表2和表3表1 四相单四拍脉冲分配表表2 四相双四拍脉冲分配表表3 四相八拍脉冲分配表如步进电动机每一相均停止通电，则电机处于自由状态；若某一相一直通直流电时，则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上，这样，步进电动机可以实现停车时转子定位。

这就是步进电动机的自锁功能。

当步进电机处于自锁时，若用手旋转它，感觉很难转动。

三、实验步骤：1.将DRYDC-A型运动控制台的电源线和串行通信接口线连接好。

2.打开DRMU-ME-B综合实验台的电源总开关，开关电源的开关，采集仪开关。

启动硬件设备。

3.打开计算机，从桌面或程序组运行DRLink主程序，然后点击DRLink快捷工具条上的“联机注册”图标，选择“DRLink采集主卡检测”进行注册。

没有使用信号采集主卡的用户可选择：“局域网服务器”进行注册，此时，必需在对话框中填入DRLink服务器的主机IP地址。

4.点击DRLink快捷工具条上“文件夹”图标，出现文件选择对话框，在实验目录中选择“步进电机基本原理”实验，并启动该实验。

5.点击该实验脚本中的“开关”按钮，向运动控制卡下载实验程序。

6.本实验中先做步进电机的驱动实验：选择运行方式为“连续驱动”，依次选择步进电机的工作方式为：四相单四拍、四相双四拍、四相八拍；方向可以是任意的；脉冲间隔参数可用5～10ms。

点“电机驱动”按钮，驱动电机工作。

观察电机的工作情况。

（对于四相八拍的工作方式，脉冲间隔最小可以到2ms）终止电机运行请在运行方式中选择“停止保持”或“停止不保持”。

7.步进电机的自锁实验：运行方式选择“停止保持”，其它参数不变，点“电机驱动”按钮。

可以使步进电机某相通电，处于“自锁”状态。

此时，用手转动电机的皮带轮，可以感到转动比较困难。

8.步进电机的步距角演示：运行方式选择“单步驱动”，点“电机驱动”按钮。

每点击一次“电机驱动”按钮，步进电机旋转一个角度，这个角度就是步距角。

对于本实验台步距角为1.8º。

除了可以使用DRLink平台下的实验脚本进行本实验外，还可以使用C-51的C语言程序进行本实验。

本运动控制平台在内部使用了DRMC-A型运动控制卡，其CPU是ADUC842，关于ADUC842的硬件的详细信息，请参考我们提供的pdf 文档。

在DRMC-A型运动控制台，步进电机的端口地址：0x8000，用低4位表示电机的4相，1表示发送脉冲，0表示空。

根据步进电机的工作方式的脉冲分配表（表1～3），逐步向端口的低4位写入0和1就可以了。

具体的程序请参考StepMotor1.c～StepMotor5.c。

在生成执行代码后，按运动控制台的“PRG”+“RST”按钮后，使用Windows Serial Downloader将执行程序下载到单片机内。

四、实验报告要求1.简述步进电机的工作原理。

2.简述步进电机的四相八拍工作方式的优、缺点。

五、思考题根据四相双四拍脉冲分配表（表2），参考StepMotor1.c，设计四相双四拍工作方式的C语言实验程序。

实验二直流电动机速度调节和方向控制实验一、实验目的1、了解直流电动机的工作原理。

2、掌握D/A电路的接口技术和应用方法。

3、学会直流电动机驱动程序的设计。

4、进一步提高单片机应用系统的设计和调试水平。

二、实验说明1、直流电机转速调节直流电动机的使用范围非常广泛，在一些场合往往要求直流电机的转速在一定范围内可调节，例如，电车、机床等，调节范围根据负载的要求而定。

调速可以有三种方法：（1）改变电机两端电压；（2）改变磁通；（3）在电枢回路中，串联调节电阻。

本实验采用第一种方法：通过改变施加于电机两端的电压大小达到调节直流电机转速的目的。

本实验中使用单片机的D/A通道和模拟放大电路组成直流电机的驱动电路。

2、直流电机运转方向控制要改变直流电动机的转向，必须改变电磁转矩的方向。

根据左手定则，改变电磁转矩的方法有两种方法：(1)改变电枢电流的方向；（2）改变磁通的方向。

本实验采用第一种方法即改变电枢电流的方向。

3、运动控制卡的相关硬件设计DRMC-A运动控制卡的D/A通道控制是通过DAC控制寄存器DACCON来完成的，硬件地址是0xFD，该寄存器内的数据有8位，依次是MODE RNG1 RNG0 CLR1 CLR0 SYNC PD1 PD0，各位数据的含义如下表所示在ADUC842中，片内的DAC共有两个：DAC0和DAC1。

它们都是通过DAC控制寄存器DACCON来控制的。

DAC0的数据寄存器有两个，分别是DAC0H（0xFA）和DAC0L（0xF9），在12位的工作模式下，DAC0H中只有低4位有效，DAC0L的8位数据全部有效（DAC0H中只有低4位是12位数据的高4位，和DAC0L的8位数据共同构成一个完整的12位数据）。

在8位的工作模式下，只有DAC0L的8位数据有效。

同样，DAC1的数据寄存器也有两个，分别是DAC1H（0xFC）和DAC1L （0xFB），使用上同DAC0。

输入与输出的对应关系是：0（输入）对应－10V（输出），4096（输入）对应10V（输出）。

2048（输入）对应0V（输出）。

运动控制台的直流电机接在DAC0的相关电路上。

要控制直流电机的运动必需在控制寄存器DACCON（0xFD）和数据寄存器DAC0H（0xFA）和DAC0L（0xF9）中写入数据。

程序的写法可参考样本程序。

需要说明的是如果给输入数据不合适，比如2060，电路的输出电压过低，直流电机的驱动力不能克服负载阻力，不能转动。

所以，送到数据寄存器数据最好远离2048这个值。

三、实验步骤（以下的实验步骤是使用DRLink平台脚本的实验步骤，若需要自己编写C-51程序完成本实验则只需进行第1、2步）1.将DRYDC-A型运动控制台的电源线和串行通信接口线连接好。

2.打开DRMU-ME-B综合实验台的电源总开关，开关电源的开关，采集仪开关。

启动硬件设备。

3.打开计算机，从桌面或程序组运行DRLink主程序，然后点击DRLink快捷工具条上的“联机注册”图标，选择“DRLink采集主卡检测”进行注册。

没有使用信号采集主卡的用户可选择：“局域网服务器”进行注册，此时，必需在对话框中填入DRLink服务器的主机IP地址。

4.点击DRLink快捷工具条上“文件夹”图标，出现文件选择对话框，在实验目录中选择“直流电机速度调节和方向控制实验”，并启动该实验。

5.点“开关”开始实验，电机的运行方向任意，在“输出电压（mv）”的输入栏中填入欲输出电压（mv），再点“电机驱动”按钮就可以使电路向直流电机输出电压。

本实验脚本发送的输出电压数据在运动控制卡的单片机上作了转换。

输入与输出的对应关系是：0（输入）对应－10V（输出），4096（输入）对应10V（输出）。

2048（输入）对应0V（输出）。

6.改变“输出电压（mv）”的输入栏中的数据，并点“电机驱动”按钮就可以使电路输出电压得到改变。

如果电压选取合适的话，就可以观察到电机的运转速度变化。

7.在“方向”选择另一方向，点“电机驱动”按钮驱动电机反向旋转。

●自己编写C-51程序时，要注意在适当的时候使电机变速和反向。

建议使用运动控制台的限位传感器作为位置保护和反向运动的信号，标尺中心处的定位光电管作为中途变速信号。

限位传感器接在ADC的0、1通道，定位光电管在ADC的6通道。

编程的基本方法如实验八中所述。

限位开关使用的是工业上常用的电涡流接近开关，输出电压是TTL电平，常态电平为高电平，检测到金属物体时输出低电平。

请参考Dmoptor1.c●在生成执行代码后，按运动控制台的“PRG”+“RST”按钮后，使用WindowsSerial Downloader将执行代码下载到单片机内。

四、实验报告要求1.简述D/A电路的基本工作原理。

2.附本试验的C-51程序源代码。

五、思考题1、除用DAC来调节直流电动机的运转速度外还可以使用其它的方法吗？实验三直流电机转速测量实验一、实验目的1、了解转速测量的基本原理、基本方法。

2、掌握光敏对管和光栅盘组合的测速技术和单片机定时的灵活运用。

二、实验说明本实验用周边带有小孔的简易光栅盘和光敏管组成测速系统。

当直流电机通过传动部分带动光栅盘旋转时，测速光敏管获得一系列脉冲信号。

这些脉冲信号通过单片机A/D采样，程序判断和计数。

若设定定时器的翻转时间为T，则有直流电机转速计算公式：n=60•m/(T•N)(rpm)其中：n为直流电机转速，N为光栅盘孔数，m为定时器在规定时间内测得的脉冲数，T为定时器翻转时间（单位：秒）。

A/D采样通道控制寄存器（ADCON2）地址：0xd8, A/D采样数据寄存器（ADCDATA）地址：0xd9；ADCON2内为一字节数据，低四位为有效数据，用于控制0～7共8个A/D通道的采样。

如控制采样3通道的数据，就在ADCON2内写入0x03，要采样0通道的数据，在ADCON2内写入0x00；然后，在ADCDATA就可以取得A/D转换的12位数据。

在本实验台上，测速光敏管接在A/D的3通道，因此，需要在ADCON2内写入0x03。

运动控制台的直流电机接在DAC0的相关电路上。

要控制直流电机的运动必需在控制寄存器DACCON（0xFD）和数据寄存器DAC0H（0xFA）和DAC0L（0xF9）中写入数据。

有关DA及直流电机的控制程序请参考实验九的样本程序。

要使用ADUC842（DRMC-A运动控制卡的CPU）的定时器，首先需要对TMOD （0x89）、TCON（0x88）、TH0（0x8C）、TL0（0x8C）等寄存器进行数据操作。

其中，TMOD和TCON寄存器是定时器T0和T1共同的控制寄存器。

有关具体的技术细节和编程方法请参考ADUC842的说明pdf文档以及本实验的样本程序。