第十二节单片机驱动电动机

1、单片机驱动电动机单片机驱动电动机n共发射极三极管开关电路n电动机驱动原理n电动机驱动电路及程序设计n步进电机驱动原理n步进电机驱动电路及程序设计NPN共发射极电路直流耦合不需要偏置, R2保证没有输入时基极接地限制输入电流NPN： 一、从共发射极电路到开关电路的演变PNP： PNP共发射极电路直流耦合不需要偏置, R1保证没有输入时基极接高电平限制输入电流采用发射极开路的开关三极管电路，作电流驱动：负载负载NPNPNP二、电动机驱动原理电动机是电流驱动的元件，需要大电流通过；电动机的电气特性相当于线圈，因此电动机内阻很小。因为电动机的电气特性相当于线圈，因此可以向电动机输入脉冲信号，相当于向电

2、动机输入等于脉冲信号平均值的直流信号。n电动机驱动电路及程序设计驱动电动机单向转动：驱动电动机双向转动：ACBDA B C D作用0 1 0 1正向旋转1 0 1 0反向旋转1 1 0 0刹车二极管可以防止方向电动势损坏三极管。加上74LS06反向缓冲器，可以提高IO口对电动机的驱动能力。AB在这个电路图中，当A=1、B=0，电动机正向转动；当A=0、B=1，电动机逆向转动，当A=0、B=0，电动机停转。#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit MA=P20;sbit MB=P21;sbit ka=P10

3、;sbit kb=P11;sbit kc=P12;bit output, Turn;uint WIDTH, HPWM, PWM, Timerka, Timerkb, Timerkc;程序设计：/方向控制按钮/加速按钮/减速按钮/WIDTH为脉冲周期，HPWM为高电平长度，PWM为脉冲计时/控制电机A端/控制电机B端/output为脉冲输出，Turn为改变方向标志位/ Timerka, Timerkb, Timerkc为按钮ka, kb, kc的计时器void PWM_init( ) TMOD=0 x21; EA=1; ET0=1; TR0=1; TH0=-(1000/256); TL0=-(1

4、000%256); CLK=1; TimerCLK=20;/使用工作在模式1的16位定时器0/允许中断，允许定时器0中断，启动定时器0/定时器0的时长为1ms/定义脉冲电平和脉宽的初值输出周期脉冲信号初始化程序：void PWM_init( ) TMOD=0 x22; EA=1; ET0=1; TR0=1; TH0=256-50; TL0=256-50; WIDTH=1000; PWM=WIDTH; HPWM=500;/定时器0为8位自动填充的定时器/定时器0定时值为50us/定时器0定时值为50us输出周期脉冲信号初始化程序：/高电平的初值void keyscan( ) ka=1; if(k

5、a=0) Timerka+; if(Timerka=200) Timerka=0; Turn=!Turn; /当按键按下时ka为0/延时消抖，每1msTimeKa加1/当TimeKa为200时说明已经经过10ms/把时钟Timerka归零，同时改变电动机转变方向键盘扫描程序： kb=1; if(kb=0) Timerkb+; if(Timerkb=200) Timerkb=0; if(HPWM=1000) HPWM=1000; else HPWM=HPWM+50; /当按键按下时kb为0/延时消抖，每1msTimekb加1/当Timekb为200时说明已经经过10ms/把时钟Timerkb归零

6、，高电平时长增加 kc=1; if(kc=0) Timerkc+; if(Timerkc=500) Timerkc=0; if(HPWM=0) HPWM=0; else HPWM=HPWM-50; /当按键按下时kc为0/延时消抖，每1msTimekc加1/当Timekc为200时说明已经经过10ms/把时钟Timerkc归零，高电平时长减少main() PWM_init(); while(1) if(Turn) MA=output; MB=0; else MB=output; MA=0; /对脉冲信号进行初始化/判断标志位Turn/如果Turn为1则把脉冲信号送入MA端，MB为低电平；/如果

7、Turn为0则把脉冲信号送入MB端，MA为低电平；A AB BC CI IA AI IB BI IC C 定子内定子内圆周圆周均匀分布着六个均匀分布着六个磁极，磁极上有磁极，磁极上有励磁绕组，每两励磁绕组，每两个相对的绕组组个相对的绕组组成一相。采用成一相。采用Y Y连连接，转子有四个接，转子有四个齿。齿。定子定子转子转子 三相步进电机的组成三、步进电机的驱动三、步进电机的驱动 步进电机工作原理： 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。使转子转动

8、。B BC CI IA AI IB BI IC CC CA A B BB B C C A A3 34 41 12 2 A A相绕组通电，相绕组通电，B B、C C相相不通电。气隙产生以不通电。气隙产生以A-AA-A为轴线为轴线的磁场，而磁力线总是力图从的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：到左图所示位置：1 1、3 3齿与齿与A A、AA极对齐。极对齐。C CA A B BB B C C A A3 34 41 12 2同理，同理，B B

9、相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过3030 角，角，2 2、4 4齿和齿和B B、B B 磁极轴线对齐；当磁极轴线对齐；当C C相通电时，转子相通电时，转子再转过再转过3030 角，角，1 1、3 3齿和齿和C C 、C C磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。1 1C C 3 34 42 2C CA A B BB B A A这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。所以称为三相单三拍工作方式。 按按A AB B C C A A 的顺序给三相的顺序给

10、三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过拍转过3030( (步距角步距角) )，每个通电循环周期，每个通电循环周期( (3 3拍拍) )磁磁场在空间旋转了场在空间旋转了360360而转子而转子转过转过9090( (一个齿距一个齿距角角) )。 按按A AAB AB B B BC BC C C CA CA的顺序给三相的顺序给三相绕组轮流通电。绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制这种方式可以获得更精确的控制特性。特性。C CA A B BB B C C A A3 34 41 12 2C CA A B BB B C A A3 34 41 1

11、2 2 A A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿与齿与A A、A A 对齐。对齐。 A A、B B相同时通电，相同时通电，A A、A A 磁极拉住磁极拉住1 1、3 3齿，齿，B B、B B 磁极拉住磁极拉住2 2、4 4齿，齿，转子转转子转过过1515 ，到达左图到达左图所示位置。所示位置。C CA A B BB B C C A A3 34 41 12 2 B B 相通电，相通电，转子转子2 2、4 4齿与齿与B B、B B 对齐对齐, ,又转又转过过1515 。3 34 41 12 2C CA A B BB B C C A A B B、C C相同时通电，相同时通电，C C 、C C

12、磁极拉住磁极拉住1 1、3 3齿，齿，B B、B B 磁极拉住磁极拉住2 2、4 4齿，转子再转齿，转子再转过过1515 。 三相反应式步进电动机的一个通电循环周三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：期如下：A AAB AB B B BC BC C C CA CA，每个循每个循环周期分为六拍。每拍转子转过环周期分为六拍。每拍转子转过1515 （步距角），（步距角），一一个通电循环周期个通电循环周期( (6 6拍拍) )转子转过转子转过9090 ( (齿距角齿距角) )。 与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。小，更适

13、用于需要精确定位的控制系统中。 按按AB AB BCBC CACA的顺序给三相绕组轮流通的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电电。每拍有两相绕组同时通电。ABAB通电通电C CA A B BB B C C A A3 34 41 12 2BCBC通电通电3 34 41 12 2C CA A B BB B C C A ACACA通电通电C CA A B BB B C C A A3 34 41 12 2 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电电循循环周期也分为三拍。每拍转子转过环周期也分为三拍。每拍转子转过3030 ( (步距角步距角) )，一一个通电循

14、环周期个通电循环周期( (3 3拍拍) )转子转过转子转过9090 ( (齿距角齿距角) )。 从以上对步进电机三种驱动方式的分析可从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：得步距角计算公式：mZr360 步距角步距角Z Zr r 转子齿数转子齿数m m 每个通电循环周期的拍数每个通电循环周期的拍数n步进电机的驱动四线两相电机：nL298电机驱动芯片L298是一款单片集成的高电压、高电流、双路全桥式电机驱动，设计用于连接标准TTL逻辑电平，驱动电感负载（诸如继电器、线圈、DC和步进电机）。L298提供两个使能输入端，可以在不依赖于输入信号的情况下，使能或禁用L298器件。 管脚管脚

15、号作用ENA6芯片使能端ENB11芯片使能端GND8接地VCC9数字电源VS4驱动电源管脚管脚号 作用IN15OUT1输出控制37OUT2输出控制IN310OUT3输出控制IN412OUT4输出控制OUT12电机驱动端OUT23电机驱动端OUT313电机驱动端OUT414电机驱动端SENSEA1感应电流输入SENSEB15感应电流输入n程序设计#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intbit turn;uchar phase;/角度转换标志/角度转变序号void main() IT0=1; EX0=1; EA=1; P2=1;/外部中断下降沿有效/外部中断0有效/使能全局中断/使能全局中断while(1) if(turn=1) turn=0; if(+phase=8) phase=0; switch(phase) case 0: P2=0 x01;break; case 1: P2=0 x03;break; case 2: P2=0 x02;break; case 3: P2=0 x06;break; case 4: P2=0