直流电机电路的仿真实验

8.1直流电机控制电路的原理介绍8.2直流电机硬件电路的设计8.3软件编程实现电机电路的控制8.4电机电路在Proteus中的验证8.5电机转速控制电路的原理介绍8.6实例扩展第八讲直流电机电路的仿真实验8.1直流电机控制电路的原理介绍现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。

8.1.1直流电机的工作原理1．直流电机的组成直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。3IU–+SbNacdU–+U–+电刷换向片U–+IFFTn图8-1直流电机组成示意图2.直流电机的工作原理直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里，N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后，受力（左手定则）按顺时针方向旋转。如果想改变电机的转动方向，可以通过改变外电源的极性；如果想改变电机的转速，只要改变电机的电压就可以了。42.直流电机的工作原理改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。58.2直流电动机硬件电路的设计以直流电机的正反转控制为例，介绍直流电机转向控制电路的设计。在Proteus中，电机在Proteus元件库Electromechanical类中，如图8-5所示，也可以直接在Keyword栏输入motor拾取。注意直流电机(MOTOR-DC)与步进电机(MOTOR-STEPPER)的区别。图8-2电机元器件正反转可控的直流电动机电路如图8-3所示为电机转向控制电路。图中，直流电机驱动采用的是桥式驱动电路。电路的工作原理是：当A点为低电平时，Q3，Q2截止，Q7，Q1导通，电机左端呈现高电平；当B点为高电平时，Q8，Q4截止，Q6，Q5导通，电机右端呈现低电平，因此，在A为0，B为1时，电动机正转；反之，在A为1，B为0时，电动机反转；而当A点和B点同为高电平或低电平时，电动机停止转动。图8-4为单片机主控制电路。图8-3矩阵键盘控制电路图8-4单片机主控制电路8.3软件编程实现电机电路的控制以图8-4为例，我们要求电路运行时，按下K1键，直流电机正转，发光二极管D1点亮；按下K2按键，直流电机反转，发光二极管D2点亮；按下K3按键，直流电机停止转动，发光二极管D3点亮。由图8-3可知，通过控制电机驱动电路的端电压UA和UB的大小，就可以控制电机的转向，A点电压由P1.0控制，B点电压由P1.1控制。参考源代码为：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitK1=P3^0;//正转sbitK2=P3^1;//反转sbitK3=P3^2;//停止sbitLED1=P0^0;sbitLED2=P0^1;sbitLED3=P0^2;sbitMA=P1^0;//A端电压sbitMB=P1^1;//B端电压参考源代码为：voidmain(){ LED1=1;LED2=1;LED3=0; while(1) { if(K1==0)//正转

{ while(K1==0); LED1=0;LED2=1;LED3=1;MA=0;MB=1; } if(K2==0)//反转

{ while(K2==0); LED1=1;LED2=0;LED3=1;MA=1;MB=0; } if(K3==0)//停止

{ while(K3==0); LED1=1;LED2=1;LED3=0;MA=0;MB=0; } }}8.4电机电路在Proteus中的验证8.4.1Proteus电路设计1.元件清单列表打开ProteusISIS编辑环境，按表8-1所列的清单添加元件

元

件

名

称所

属

类所

属

子

类AT89C51MicroprocessorICs8051FamilyCAPCapacitorsGenericCAP-ELECCapacitorsGenericCRYSTALMiscellaneous－RESResistorsGenericLED-REDOptoelectronicsLEDs表8-1元件清单元

件

名

称所

属

类所

属

子

类MOTOR-DCElectromechanical－BUTTONSwitches&RelaysSwitchesBC184TransistorsBipolarTIP31TransistorsBipolarTIP32TransistorsBipolar表8-1元件清单(续上表)2.电路原理图图8-5电路原理图元件全部添加后，在ProteusISIS的编辑区域中按图8-5所示的原理图连接硬件电路。3、源程序的添加图8-6电路运行过程参照第五讲在Keil中建立工程，添加源程序文件、构建.hex文件，加载目标代码，执行程序，观察不同按键被按下后直流电机的转向和转速，如图8-6所示。8.5电机转速控制电路的原理介绍直流电机的转速控制也是电机控制电路非常重要的部分，现在最常用的方法是利用PWM（脉宽调制）调速。参考前一例子，如果向A点或B点输入不同占空比的电压脉冲信号，可以在控制正反转的基础上增加转速控制功能。PWM是单片机常用的模拟量控制方式，可以通过外接ADC转换电路，对应外部不同的模拟电压值，利用单片机产生占空比不同的控制脉冲。8.5.1ADC模数转换器的结构及原理A/D转换器把模拟量转换成数字量，以便于单片机进行数据处理。尽管A/D转换器的种类很多，但目前广泛应用在单片机应用系统中的主要有逐次比较型转换器和双积分型转换器，此外-Δ式转换器逐渐得到重视和较为广泛的应用。逐次比较型A/D转换器，在精度、速度和价格上都适中，是最常用的A/D转换器。1．ADC0809引脚及功能ADC0809为一款逐次比较型8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器，引脚如图8-7。20图8-7ADC0809的引脚图

IN0～IN7：8路模拟信号输入端。

D0～D7：转换完毕的8位数字量输出端。

A、B、C与ALE：控制8路模拟输入通道的切换。A、B、C分别与单片机的三条地址线相连，三位编码对应8个通道地址端口。C、B、A

=

000～111分别对应IN0～IN7通道的地址。

OE、START、CLK：OE为输出允许端，START为启动信号输入端，CLK为时钟信号输入端。

EOC：转换结束输出信号。当A/D转换开始转换时，该引脚为低电平，当A/D转换结束时，该引脚为高电平。

VR（+）、VR（−）：基准电压输入端。212．ADC0809结构及转换原理22图8-8ADC0809结构框图23图8-9ADC0809芯片工作时序该芯片的工作时序如下图所示。8.5.2利用ADC控制PWM输出1、Proteus电路设计1.元件清单列表打开ProteusISIS编辑环境，按表8-2所列的清单添加元件

元

件

名

称所

属

类所

属

子

类AT89C51MicroprocessorICs8051FamilyCAPCapacitorsGenericCAP-ELECCapacitorsGenericCRYSTALMiscellaneous－RESResistorsGenericADC0808DataConvertersA/DConvertersPOT-HGResistorsVariables表8-2元件清单图8-10ADC元器件注意我们在进行ADC仿真的时候，选择的芯片不是ADC0809，而是ADC0808（带有仿真模型的那个）.这两个的区别是：ADC0808是0809的简化版，主要的不同点是0808的转换输出OUT1~8与0809的输出端D0~D7的高低位是相反的，即0809的最低位是D0，而0808的最低位是OUT8.ADC0808在实际中不常用，实际中常用的是0809，而0808最常用的是在protues仿真里面，因为0809是没有模型库，无法仿真的。2.电路原理图图8-11电路原理图元件全部添加后，在ProteusISIS的编辑区域中按图8-11所示的原理图连接硬件电路。2.电路原理图图8-12局部原理图其中重点是ADC0809与单片机的连接控制端，如下图。以图8-11为例，我们要求电路运行时，通过模拟通道0的滑动变阻器RV1的调节，可以改变输出脉冲的占空比。ADC0808有8个模拟输入通道，本例的模拟量是从通道0输入的，IN0的通道地址为000，故将ADDC,ADDB,ADDA三只引脚接地。根据8-11的工作时序，START引脚在一个高脉冲后启动A/D转换，当EOC引脚出现一个高电平时转换结束，由OE引脚控制从并行输出端读取一字节的转换结果（范围为0x00~0xff），转换过程中芯片所需要的时钟信号由单片机定时器T0的中断程序提供。3.软件编程实现PWM输出参考源代码为：#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitCLK=P2^4;sbitST=P2^5;sbitEOC=P2^6;sbitOE=P2^7;sbitPWM=P3^0;voiddelay(ucharx){

uchari;

while(x--)for(i=0;i<40;i++);}参考源代码为：voidmain(){

ucharVal; TMOD=0x02;//T0为8位自动装载的定时器

TH0=0x14;//定时初值

TL0=0x00; IE=0x82;//允许Timer0中断

TR0=1;//启动定时器T0 while(1) { ST=0;ST=1;ST=0;//启动A/D转换

while(!EOC);//等待转换完成

OE=1; Val=P1; //读取转换结果

OE=0;

if(Val==0)//PWM输出（占空比为0%）

{ PWM=0; delay(0xff); continue; //注意continue的用法

}参考源代码为：

if(Val==0xff)//PW