1、在控制系統中，被測參數經A/D采樣進入微型計算機；經數據處理后，一方面送顯示，另一方面要進行報警處理，以便操作人員及時采取相應的措施。同時，還要把被測參數與給定值進行比較，根據偏差進行自動調整。如在加熱爐自動控制系統中，當被測溫度高于給定值時，需把閥門關小，減小煤氣進給量。反之，如果被測溫度低于給定值，則開大閥門。用來控制閥門動作的裝置稱為執行機構。帶動執行機構動作往往要用電機或步進電機。而電機或步進電機通常需要較大電流來驅動。為此，如何把微型計算機系統的輸出與強電執行機構進行連接，是微型計算機控制技術的重要課題之一。第四章 內容簡介第4章 常用控制程序的設計n4.1 報警程序的設計n4.2

2、開關量輸出接口技術n4.3 電機控制接口技術n4.4 步進電機控制接口技術4.1 報警程序設計 在微型機控制系統中，為了安全，對于一些重要的參數或系統部位，都設有緊急狀態報警系統，以便提醒操作人員注意，或采取緊急措施。4.1 報警程序設計n4.1.1 常用報警方式n4.1.2 簡單報警程序的設計n4.1.3 越限報警程序的設計n4.1.4 遠程自動報警系統的設計4.1.1 常用報警方式n聲音：電鈴、電笛、蜂鳴器、集成電子音樂芯片n燈光：發光二極管或閃爍的白熾燈等n語音報警：語音芯片n圖形與聲音混合報警 顯示報警畫面（如報警發生的順序、報警發生的時間、報警回路編號、報警內容及次數等）。1. 發光

3、二極管及白熾燈驅動電路(1) 報警方法不同采用的驅動電路方式也不同。 發光二極管的驅動電流一般在2030mA，不能直接由TTL電平驅動，常采用OC門驅動器。如74LS06/74LS07等。 白熾燈報警時，應該使用交流固態繼電器進行控制。LED報警接口電路(2) 為了能保持報警狀態，常采用帶有鎖存器的I/O接口芯片，（Intel 8155、8255A），也可選用一般的鎖存器，（74LS273、 74LS373、或74LS377等）驅動器鎖存器10亮亮2. 聲音報警驅動電路常采用模擬聲音集成電路芯片，如KD-956X系列（采用CMOS工藝，軟封裝的報警IC芯片）。其功能表如表4.1（P97）所示。

4、KD-956X系列報警芯片功能表(1) KD-956X系列IC芯片具有以下共同特性：n工作電壓范圍寬；n靜態電流低；n外接振蕩電阻可調節模擬聲音的放音節奏；n外接一只小功率三極管，便可驅動揚聲器。(2) KD-956X的結構及使用方法（以KD-9561 為例）n KD-9561芯片內設： 振蕩器、節拍器、音色發生器、地址計數器、控制和輸出級等部分。n根據內部程序，設有兩個選聲端SEL1和SEL2， 改變這兩端的電平，便可發出各種不同的音響。詳見表4.2。nKD-9561能發出4種不同的聲音，且體積小，價格低廉，音響逼真，控制簡便，所以，廣泛應用于報警裝置及電動玩具。VDD提供電源正端電壓，VS

5、S指電源負端電壓（地）。KD-9561的外形和報警電路圖，如圖4.2所示。n如圖4.2（b）中所示，當系統檢查到報警信號以后，使三極管9013導通，發出報警聲音。n圖中的R1選值一般在180K290K之間。R1的阻值愈大，報警聲愈急促，反之，報警聲音節奏緩慢。b bOUTOUT4.1.2 簡單報警程序的設計 報警程序的設計方法根據報警參數及傳感器的具體情況可分為兩種：(1) 軟件報警程序 這種方法的基本作法是把被測參數如溫度、壓力、流量、速度、成分等參數，經傳感器，變送器，模/數轉換器，送到微型機后，再與規定的上、下限值進行比較，根據比較的結果進行報警或處理，整個過程都由軟件實現。這種報警程序

6、又可分簡單上、下限報警程序，以及上、下限報警處理程序。(2) 硬件申請、軟件處理報警程序n報警要求直接由傳感器產生。 例如：電接點式壓力報警裝置 當壓力高于（或低于）某一極限值時， 接點即閉合，正常時則打開。n利用這些開關量信號，通過中斷的方法來實現對參數或位置的檢測。 鍋爐水位自動調節系統設計有3個報警參數：n水位上、下限n爐膛溫度上、下限n蒸汽壓力下限鍋爐報警系統圖 如圖4.4中所示：n要求當各參數全部正常時，綠燈（正常運行燈）亮。n若某一個參數不正常，將發出聲光報警信號。10燈亮10電笛響(1) 軟件報警程序設計 程序設計思想n設置一個報警模型標志單元ALARMn把各參數的采樣值分別與上

7、、下限值進行比較。 若某一位需要報警，則將ALARM相應位置1，否則，清0.n所有參數判斷完畢后， 看報警模型單元ALARM的內容是否為00H。 若為00H，說明所有參數均正常，使綠燈發光。 不等于00H，則說明有參數越限，輸出報警模型。 程序流程圖，如圖4.5所示：n設3個參數的采樣值： X1（水位）、X2（爐膛溫度）、 X3（蒸汽壓力）n依次存放在以SAMP為首地址的內存單元中， 相應的允許極限值依次存放在以LIMIT為 首地址的內存區域內， 報警標志位單元為ALARM。20H8100H軟件報警程序模塊流程圖軟件報警程序框架介紹設置電笛及指示燈狀態設置電笛及指示燈狀態設置電笛及指示燈狀態設

8、置電笛及指示燈狀態置電笛響標志位設置電笛及指示燈狀態輸出輸出電笛電笛及指及指示燈示燈狀態狀態軟件報警程序細節介紹不要使用該名稱，與報警標志位單元名稱ALARM沖突ALARM EQU 20HCJNE：A!=MAX1AAJNC：AMAX1CF產生符號位CJNE：A!=MIN1BBJC：A=ABXBCX=D本程序輸出的報警模型及接口電路，可參看4.4自行設計。報警標志單元FLAG（28H）和越限、復位上、下限處理次數單元（2AH）,在初始化程序中應首先清零。除了上面講的這種帶上、下限報警帶的報警處理程序外，還有各種各樣的報警處理程序，讀者可根據需要自行設計。4.1.4 遠程自動報警系統的設計n適用范

9、圍：距離太遠，或是無人職守場合。n方法：（1）直接撥號（手機或固定電話） （2）網絡（MODEM)4.1.4 遠程自動報警系統的設計1SS173K222AL芯片簡介nSS173K222AL是TDK公司產品，高集成度的單片MODEM芯片。該芯片的主要特點是：（1） 可與8051系列單片機對接，接口電路簡單。（2） 串行口數據傳輸。（3） 采用同步方式或異步方式工作。（4） 與CCITT V.22、V.21、BELL 212A、103標準兼容。（5） 具有呼叫進程、載波、應答音、長回環檢測等功能。（6） 通過編程產生DTMF信號及550/1800Hz防衛音信號。（7） 具有自動增益控制，動態范圍達

10、45dB。（8） 采用CMOS技術，低功耗、單電源供電。n引腳（圖4.10） VDDVDD，GNDGND：D D電源和地。電源和地。 AD0AD0AD7AD7：地址：地址/ /數據線。數據線。 ALEALE：地址鎖存控制信號，與單片機：地址鎖存控制信號，與單片機ALEALE相連相連接，用于鎖存地址信號。接，用于鎖存地址信號。 WRWR和和RDRD：讀：讀/ /寫控制信號，低電平有效。寫控制信號，低電平有效。 CLKCLK：時鐘信號。：時鐘信號。 XTL1XTL1、XTL2XTL2：外接晶體震蕩器。：外接晶體震蕩器。 TXDTXD、RXDRXD：用來發射和接收數據。：用來發射和接收數據。 TXA

11、TXA、RXARXA：發射和接收響應管腳，與外部收：發射和接收響應管腳，與外部收發裝置相連。發裝置相連。 CSCS：片選信號，低電平有效。：片選信號，低電平有效。 VREF VREF：參考電平。：參考電平。 RESERESET T：復位信號。：復位信號。 2直接撥通手機號碼報警 設本例中所撥打的手機號碼為WAN：JNB P1.3，DT ；監視P1.3口 SJMP WANDT： ACALL DLY2 ；延時50毫秒 JNB P1.3，ARM ；確認有報警信號，轉處理程序。 SJMP WANARM：CLR P1.7 ；吸合繼電器J1 ACALL DLY2 ；延時50毫秒

12、MOV R6，#0BH；撥打11位手機號碼，予置初值。 MOV DPTR，#7FF8H；地址指針指向R0 MOV A，#31H；R0；按始發方式、FSK模式設置,但禁止發送。 MOVX DPTR，ALOOP：MOV DPTR，#7FFBH ；地址指針指向TR MOV A，#0FH ADD A，R6；取出電話號碼 MOVC A，A+PC MOVX DPTR，A；設置TR MOV DPTR，#7FF8H；地址指針指向R0 MOV A，#33H；允許發送 MOVX DPTR，A ACALL DLY3；延時250毫秒 MOV A，#31H；停止發送 MOVX DPTR，A ACALL DLY3；延時2

13、50毫秒 DJNZ R6，LOOP；撥號未完，再撥出一個號碼 DB 95H，96H，91H，92H，9AH，95H，91H，93H，92H，93H， 91H ；TR設置及手機號碼DTA：MOV DPTR，#7FFAH；地址指針指向DRMOVX A，DPTR；監視DR JNB ACC.2，DTA；檢測應答音MOV DPTR，#7FF9H；地址指針指向R1MOV A，#04HMOVX DPTR，A；復位MODEMSETB P1.7；釋放J1RET3在接收端采用MODEM和單片機顯示裝置的報警4.2 開關量輸出接口技術n在工業過程控制系統中，被測參數經采樣處理之后，還需要計算并輸出控制模型，達到自動

14、控制的目的。n輸出設備往往需大電壓（或電流）來控制，而微型計算機系統輸出的開關量大都為TTL（或CMOS）電平，這種電平一般不能直接驅動外部設備開啟或關閉。n另一方面，許多外部設備，如大功率直流電機、接觸器等在開關過程中會產生很強的電磁干擾信號，如不加以隔離，可能會使微型計算機控制系統造成誤動作乃至損壞。n開關量輸出控制中必須認真考慮并設法解決的兩個問題：放大、隔離。4.2.1 光電隔離技術 1. 光電隔離器的種類發光二極管/光敏三極管發光二極管/光敏復合晶體管發光二極管/光敏電阻發光二極管/光觸發可控硅等4.2.1 光電隔離技術 2. 工作原理n當發光二極管有正向電流通過時，即產生人眼看不見

15、的紅外光。n光敏三極管接收光照以后便導通。n而當該電流撤去時，發光二極管熄滅，三極管隨即截止。利用這種特性即可達到開關控制的目的。n由于該器件是通過電光電的轉換來實現對輸出設備進行控制的，彼此之間沒有電氣連接，因而起到隔離作用。4.2.1 光電隔離技術 n隔離電壓與光電隔離器的結構形式有關。 雙列直插式塑料封裝形式的隔離電壓一般為2 500V左右； 陶瓷封裝形式的隔離電壓一般為5 00010 000V。n在一般微型計算機控制系統中，由于大都采用TTL電平，不能直接驅動發光二極管，所以通常加一級驅動器，如7406和7407等。n輸入、輸出端兩個電源必須單獨供電，如圖4.11。n數字量Pi 輸出為

16、高電平n經反相驅動器后變為低電平n發光二極管有電流通過并發光n光敏三極管導通，從而在集電極上產生輸出電壓V0（此電壓即可用來控制外設。）使用同一電源（或共地的兩個電源），外部干擾信號可能通過電源串到系統中來。104.2.2 繼電器輸出接口技術 n繼電器是電氣控制中常用的控制器件。一般由通電線圈和觸點（常開或常閉）構成。 線圈通電時，由于磁場的作用，使開關觸點閉合（或打開）。 線圈不通電時，則開關觸點斷開（或閉合）。n一般線圈可以用直流低電壓控制 （常用的有直流9V，12V，24V等）； 而觸點輸出部分可以直接與市電（220V）連接；n雖然繼電器本身有一定的隔離作用，但在與微型計算機接口連接時通

17、常還是采用光電隔離器進行隔離。4.2.2 繼電器輸出接口技術 如圖4.17中所示，當開關量P1.0輸出為高電平時，經反相驅動器7406變為低電平，使發光二極管發光，從而使光敏三極管導通，進而使三極管9013導通，因而使繼電器J的線圈通電，繼電器觸點J1-1閉合，使220V電源接通。反之，當P1.0輸出低電壓時，使J1-1斷開。104.2.2 繼電器輸出接口技術 如圖4.13中所示，當開關量P1.0輸出為高電平時，經反相驅動器7406變為低電平，使發光二極管發光，從而使光敏三極管導通，進而使三極管9013導通，因而使繼電器J的線圈通電，繼電器觸點J1-1閉合，使220V電源接通。反之，當P1.0

18、輸出低電壓時，使J1-1斷開。圖中所示電阻R1 為限流電阻，二極管D的作用是保護晶體管T。當繼電器J吸合時，二極管D截止，不影響電路工作。繼電器釋放時，由于繼電器線圈存在電感，這時晶體管T已經截止，所以會在線圈的兩端產生較高的感應電壓。此電壓的極性為上負下正，正端接在晶體管的集電極上。當感應電壓與VCC 之和大于晶體管T的集電極反向電壓時，晶體管T有可能損壞。加入二極管D后，繼電器線圈產生的感應電流從二極管D流過，從而使晶體管T得到保護。4.2.2 繼電器輸出接口技術 如圖4.13中所示，當開關量P1.0輸出為高電平時，經反相驅動器7406變為低電平，使發光二極管發光，從而使光敏三極管導通，進

19、而使三極管9013導通，因而使繼電器J的線圈通電，繼電器觸點J1-1閉合，使220V電源接通。反之，當P1.0輸出低電壓時，使J1-1斷開。圖中所示電阻R1 為限流電阻，二極管D的作用是保護晶體管T。當繼電器J吸合時，二極管D截止，不影響電路工作。繼電器釋放時，由于繼電器線圈存在電感，這時晶體管T已經截止，所以會在線圈的兩端產生較高的感應電壓。此電壓的極性為上負下正，正端接在晶體管的集電極上。當感應電壓與VCC 之和大于晶體管T的集電極反向電壓時，晶體管T有可能損壞。加入二極管D后，繼電器線圈產生的感應電流從二極管D流過，從而使晶體管T得到保護。4.2.2 繼電器輸出接口技術 如圖4.13中所

20、示，當開關量P1.0輸出為高電平時，經反相驅動器7406變為低電平，使發光二極管發光，從而使光敏三極管導通，進而使三極管9013導通，因而使繼電器J的線圈通電，繼電器觸點J1-1閉合，使220V電源接通。反之，當P1.0輸出低電壓時，使J1-1斷開。圖中所示電阻R1 為限流電阻，二極管D的作用是保護晶體管T。當繼電器J吸合時，二極管D截止，不影響電路工作。繼電器釋放時，由于繼電器線圈存在電感，這時晶體管T已經截止，所以會在線圈的兩端產生較高的感應電壓。此電壓的極性為上負下正，正端接在晶體管的集電極上。當感應電壓與VCC 之和大于晶體管T的集電極反向電壓時，晶體管T有可能損壞。加入二極管D后，繼

21、電器線圈產生的感應電流從二極管D流過，從而使晶體管T得到保護。- -+ +0104.2.2 繼電器輸出接口技術 不同的繼電器，其線圈驅動電流的大小，以及帶動負載的能力不同，選用時應考慮下列因素：（1）繼電器額定工作電壓（或電流）；（2）接點負荷 ；（3）接點的數量或種類（常閉或常開）；（4）繼電器的體積、封裝形式、工作環境、接點吸合或釋放時間等。4.2.3 固態繼電器輸出接口技術 n固態繼電器（Solid State Relay）簡稱SSR。它是帶光電隔離器的無觸點開關（用晶體管或可控硅代替常規繼電器的觸點開關，在前級中與光電隔離器融為一體）。n根據結構形式，固態繼電器有直流型固態繼電器和交流

22、型固態繼電器之分。n固態繼電器輸入控制電流小，輸出無觸點，所以與電磁式繼電器相比，具有體積小，重量輕，無機械噪聲，無抖動和回跳，開關速度快，工作可靠等優點。在微型計算機控制系統中得到了廣泛的應用，大有取代電磁繼電器之勢。4.2.3 固態繼電器輸出接口技術 1. 直流型SSR（圖4-18，P135）n輸入部分是一個光電隔離器，可用OC門或晶體管直接驅動。n輸出端經整形放大后帶動大功率晶體管輸出，輸出工作電壓可達30180V（5V開始工作）。4.2.3 固態繼電器輸出接口技術 n直流型SSR主要用于帶直流負載的場合， 如直流電機控制， 直流步進電機控制， 電磁閥等。n圖4.19所示為采用直流型SS

23、R控制三相步進電機的原理電路圖n 圖中A，B，C為步進電機的三相，每相由一個直流型SSR控制，分別由8031的P1.0、P1.1和P1.2控制。n只要按著一定的順序通電，即可實現步進電機控制，詳見本章4.4節。1. 直流型SSRn輸入部分是一個光電隔離器，可用OC門或晶體管直接驅動。n輸出端經整形放大后帶動大功率晶體管輸出，輸出工作電壓可達30180V（5V開始工作）。0110104.2.3 固態繼電器輸出接口技術 2. 交流型SSR(1) 采用雙向可控硅作為開關器件，用于交流大功率驅動場合，如交流電機、交流電磁閥控制等。(2) 交流型SSR又可分為過零型和移相型兩類。n非過零型SSR，在輸入

24、信號時，不管負載電流相位如何，負載端立即導通；n過零型必須在負載電源電壓接近零且輸入控制信號有效時，輸出端負載電源才導通。n當輸入的控制信號撤銷后，不論哪一種類型，它們都只在流過雙向可控硅負載電流為零時才關斷。過零觸發型交流固態繼電器(AC-SSR)的內部電路。主要包括輸入電路、光電耦合器、過零觸發電路、開關電路(包括雙向可控硅)、保護電路 (RC吸收網絡)。當加上輸入信號VI(一般為高電平)、并且交流負載電源電壓通過零點時，雙向可控硅被觸發，將負載電源接通。 4.2.3 固態繼電器輸出接口技術 一個交流型SSR控制單向交流控制電機的實例如圖4.22所示。圖中，改變交流電機通電繞組，即可控制電

25、機的旋轉方向。例如用它控制流量調節閥的開和關，從而實現控制管道中流體流量的目的。如圖4.22中所示，當控制端P1.0輸出為低電平時，經反相后，使SSR 1# 導通，SSR 2#截止，交流電通過A相繞組，電機正轉；反之，如果P1.0輸出高電平，則SSR 1# 截止，SSR 2# 導通，交流電流經B相繞組，電機反轉。010電機正轉電機正轉4.2.3 固態繼電器輸出接口技術 一個交流型SSR控制單向交流控制電機的實例如圖4.18所示。圖中，改變交流電機通電繞組，即可控制電機的旋轉方向。例如用它控制流量調節閥的開和關，從而實現控制管道中流體流量的目的。如圖4.18中所示，當控制端P1.0輸出為低電平時

26、，經反相后，使SSR 1# 導通，SSR 2#截止，交流電通過A相繞組，電機正轉；反之，如果P1.0輸出高電平，則SSR 1# 截止，SSR 2# 導通，交流電流經B相繞組，電機反轉。圖中所示的Rp，Cp 組成浪涌電壓吸收回路。通常Rp 為100左右，CP 為0.1F。RM 為壓敏電阻，用做過電壓保護。其電壓取值范圍通常為電源電壓有效值的1.61.9倍，市售有專門適用于交流220V或380V的壓敏電阻。選用交流型固態繼電器時主要注意它的額定電壓和額定工作電流。101電機反轉電機反轉4.4 步進電機控制接口技術步進電機是工業過程控制及儀表中的主要控制元件之一。1. 步進電機的特點：n快速啟停能力

27、 步進速率為2001 000步每秒； 步進速率增加12倍，仍然不會失掉一步n定位準確，例如，先正轉24步，再反轉24步，電機將精確地回到原始的位置。n精度高，可以由每步90低到每步0.36n能直接接收數字量2. 步進電機的應用：n正因為步進電機具有快速啟停，精確步進以及能直接接收數字量等特點，所以使其在定位場合中得到了廣泛的應用。如在繪圖機、打印機及光學儀器中，都采用步進電機來定位繪圖筆、印字頭或光學鏡頭。n在工業過程控制的位置控制系統中，做位移傳感器。n計算機的軟驅、光盤驅動器，用步進電機作精確定位。4.4.1 步進電機工作原理 步進電機實際上是一個數字角度轉換器，也是一個串行的數模轉換器。

28、其結構原理，如圖4.44所示。1. 步進電機的構成(1)定子 有6個等分的磁極，即A，A，B，B，C，C。相鄰兩個磁極間的夾角為60。相對的兩個磁極組成一相，如圖4.40所示的結構為三相步進電機(A-A相，B-B相，C-C相)。當某一繞組有電流通過時，該繞組相應的兩個磁極立即形成N極和S極，每個磁極上各有5個均勻分布的矩形小齒。圖圖4.44 4.44 步進電機原理圖步進電機原理圖 P152P1524.4.1 步進電機工作原理 步進電機實際上是一個數字角度轉換器，也是一個串行的數模轉換器。其結構原理，如圖4.40所示。1. 步進電機的構成圖圖4.44 4.44 步進電機原理圖步進電機原理圖 P1

29、52P152(2)轉子 步進電機的轉子上沒有繞組，而是由40個矩形小齒均勻分布在圓周上，相鄰兩齒之間的夾角為9。當某相繞組通電時，對應的磁極就會產生磁場，并與轉子形成磁路。若此時定子的小齒與轉子的小齒沒有對齊，則在磁場的作用下，轉子轉動一定的角度，使轉子齒和定子齒對齊。由此可見，錯齒是促使步進電機旋轉的根本原因。2. 運行 步進電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。（1）三相繞組中的通電順序為：A A 相相 B B 相相 C C 相相通電順序也可以為： A A 相相 C C 相相 B B 相相（2）工作過程A 相通電使轉子1、3齒和 AA 對齊。CABBCA3412CA

30、BBCA3412B相通電，轉子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉30；CABBCA3412B相通電，轉子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉30；1C342CABBAC相通電再轉30（2）工作過程這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點：n每來一個電脈沖，轉子轉過 30。此角稱為步距角，用QS表示。n轉子的旋轉方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉向。(1) 三相繞組的通電順序為： AABBBCCCAA 共六拍。(1) 三相繞組的通電順序為： AABBBCCCAA 共六拍。(2) 工作過程：A相

31、通電轉子1、3齒和A相對齊。CABBCA3412CABBCA3412A、B相同時通電（1）BB 磁場對 2、4 齒有磁拉力，該拉力使 轉子順時針方向轉動。（2）AA 磁場繼續對1、3齒有拉力。（3）所以轉子轉到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA 通電，轉子轉了15。總之，每個循環周期，有六種通電狀態，所以稱為三相六拍，步距角為總之，每個循環周期，有六種通電狀態，所以稱為三相六拍，步距角為1515 。CABBCA3412B相通電轉子2、4齒和B相對齊，又轉了15。CABBCA3412A、B相同時通電（1）BB 磁場對 2、4 齒有磁拉力，該拉力使 轉子順時針方向轉動。（2）AA 磁場繼續對1、3齒有

32、拉力。（3）所以轉子轉到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA 通電，轉子轉了15。（1） 三相繞組的通電順序為： AB BC CA AB 共三拍。AB通電通電CABBCA3412CABBCA3412BC通電通電（2）工作過程以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩定，因此較常采用。工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電脈沖，轉子也是轉30，即 步距角 = 30。3412CA通電通電CABBCA3. 小步距角的步進電機 實際采用的步進電機步距角多為3和1.5，步距角越小，加工的精度就越高。為使轉、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉子相同。A相和B相間，轉子含有40個齒。3.

33、小步距角的步進電機 實際采用的步進電機步距角多為3和1.5，步距角越小，加工的精度就越高。A相和B相間，3. 小步距角的步進電機 工作原理：A相通電時，定子A相的五個小齒與轉子對齊。此時，B相和A相空間差120，含120913 1/3 齒。A相和C相差240，含240926 2/3 個齒。所以，A相的轉子、定子的五個小齒對齊，B相、C相不能對齊，B相的轉子、定子相差1/3 個齒（ 3），C相的轉子、定子相差2/3 個齒（ 6），A相斷電、B相通電后，轉子只需轉過1/3個齒（ 3），使B相轉子、定子對齊。同理，C相通電再轉3。(1) 按照ABCA順序通電一周，則轉子轉動9。實際采用的步進電機步距

34、角多為3和1.5，步距角越小，加工的精度就越高。4. 幾點說明 (1) 步進電機旋轉的根本原因是錯齒。(2) 步距角：步進電機通過一個電脈沖轉子轉過的角度，稱為步距角。 式中，NMcC為一個周期的運行拍數，即通電狀態循環一周需要改變的次數 其中Mc為控制繞組相數，C為狀態系數。 采用單三拍或雙三拍時，C1； 采用單六拍或雙六拍時，C2。 Zr為轉子齒數。拍數與相數相同拍數是相數2倍舉例： 某步進電機工作方式為三相單三拍。分別求取Zr為4和40時的步距角？解： 三相單三拍，N= McC=3*1=3。 當Zr=4，Qs = 360/(3*4)=30 當Zr=40，Qs = 360/(3*40)=3

35、4.4.2 步進電機控制系統的原理 典型的步進電機控制系統主要由步進控制器、功率放大器及步進電機組成。圖圖4.45 4.45 步進電機控制系統的組成步進電機控制系統的組成 P153P153(1) 步進控制器n是由緩沖寄存器、環形分配器、控制邏輯及正、反轉控制門等組成的。n作用：把輸入的脈沖轉換成環型脈沖，以便控制步進電機，并能進行正、反向控制。4.4.2 步進電機控制系統的原理 典型的步進電機控制系統主要由步進控制器、功率放大器及步進電機組成。圖圖4.45 4.45 步進電機控制系統的組成步進電機控制系統的組成 P153P153(2) 功率放大器n把控制器輸出的環型脈沖加以放大，以驅動步進電機

36、轉動。 采用計算機控制系統，由軟件代替上述步進控制器（簡化了線路，降低了成本，提高可靠性） 采用微型計算機控制，可根據系統的需要，靈活改變步進電機的控制方案，使用起來很方便。典型的微型機控制步進電機系統原理圖，如圖4.46所示圖4.46與圖4.45相比。n用微型機代替了步進控制器，把并行二進制碼轉換成串行脈沖序列，并實現方向控制。n每當步進電機脈沖輸入線上得到一個脈沖，它便沿著方向控制線信號所確定的方向走一步。n只要負載在步進電機允許的范圍之內，那么，每個脈沖將使電機轉動一個固定的步距角度。根據步距角的大小及實際走的步數，只要知道初始位置，便可知道步進電機的最終位置圖圖4.46 4.46 用微

37、型機控制步進電機原理系統圖用微型機控制步進電機原理系統圖 p153p153本章節主要解決如下幾個問題：（1）用軟件的方法實現脈沖序列；（2）步進電機的方向控制；（3）步進電機控制程序的設計。 1脈沖序列的生成步進電機控制軟件中必須解決的一個重要問題，就是產生一個如圖4.47所示的周期性脈沖序列圖圖4.47 4.47 脈沖序列脈沖序列 脈沖是用周期、脈沖高度、接通與斷開電源的時間來表示。n脈沖幅值 由數字元件電平決定。 TTL 0 5V CMOS 0 10Vn接通和斷開時間可用延時的辦法控制。 要求：確保步進到位。但由于步進電機的“步進”是需要一定的時間的，所以在送一高脈沖后，需延長一段時間，以

38、使步進電機達到指定的位置。由此可見，用計算機控制步進電機實際上是由計算機產生一系列脈沖波。 2方向控制常用的步進電機有三相、四相、五相、六相4種，其旋轉方向與內部繞組的通電順序相關。三相步進電機有三種工作方式：n單三拍，通電順序為 ABC ;n雙三拍， 通電順序為 ABBCCA ；n三相六拍，通電順序為 AABBBCCCA ；改變通電順序可以改變步進電機的轉向關于四相、五相、六相的步進電機，其通電方式和通電順序與三相步進電機相似，讀者可自行分析。本書主要以三相步進電機為例進行講述。 3步進電機的方向控制方法(1) 用微型機輸出接口的每一位控制一相繞組。例如，用8255控制三相步進電機時，可用P

39、c.0，Pc.1，Pc.2分別接至步進電機的A，B，C三相繞組。(2) 根據所選定的步進電機及控制方式，寫出相應控制方式的數學模型。如上面講的三種控制方式的數學模型分別為: 三相單三拍 三相雙三拍 3步進電機的方向控制方法以上為步進電機正轉時的控制順序及數學模型。如果按上述逆順序進行控制，則步進電機將向相反方向轉動。 三相六拍4.4.3 步進電機與微型機的接口及程序設計 1. 步進電機與單片機的接口電路圖4.48 步進電機與單片機接口電路之一在圖4.48中，當8031的P1口的某一位（如P1.0）輸出為0時，經反相驅動器變為高電平，使達林頓管導通，A相繞組通電。反之，當P1.01時，A相不通電

40、。由P1.1和P1.2控制的B相和C相亦然。總之，只要按一定的順序改變P1.0P1.2三位通電的順序，則可控制步進電機按一定的方向步進。由于步進電機的驅動電流較大，所以微型機與步進電機的連接都需要專門的接口及驅動電路。n接口電路可以是鎖存器，也可以是可編程接口芯片，如 8255、8155等。n驅動器可用大功率復合管，也可以是專門的驅動器光電隔離器（加在驅動器與微型機之間），一是抗干擾，二是電隔離，其接口電路原理如圖4.48和4.49所示。014.4.3 步進電機與微型機的接口及程序設計 圖4.49 步進電機與單片機接口電路之二圖4.49所示與圖4.48所示的區別是在單片機與驅動器之間增加一級光

41、電隔離。當P1.2輸出為1時，發光二極管不發光，因此光敏三極管截止，從而使達林頓管導通，C相繞組通電。反之，當P1.20時，經反相后，使發光二極管發光，光敏三極管導通，從而使達林頓管截止，C相繞組不通電。0 00 01 10 01 11 11 10 00 0現在，已經生產出許多專門用于步進電機或交流電機的接口器件（或接口板），用戶可根據需要選用4.4.3 步進電機與微型機的接口及程序設計 2. 步進電機程序設計因此，步進電機控制程序就是完成環型分配器的任務，從而控制步進電機轉動，達到控制轉動角度和位移之目的。步進電機程序設計的主要任務是：n判斷旋轉方向；n按順序傳送控制脈沖；n判斷所要求的控制步數是否傳送完畢。(1) 程序框圖 以三相雙三拍為例說明這類程序的設計。(2) 程序 以上程序設計方法對于節拍比較少的程序是可行的。但是，當步進電機的節拍數比較多（如三相六拍、六相十二拍等）時，用這種立即數傳送法將會使程序很長，因而占用很多個存儲器單元。所以，對于節拍比較多的控制程序，通常采用