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1、项目5_直流电动机的控制电子课件 高教版 中职 单片机控制装置安装与调试任务一 设计直流电动机运行控制电路电动机是把电能转换成机械能的一种设备，可以用来驱动各种用途的生产机械。机械制造工业、冶金工业、煤炭工业、石油工业、轻纺工业、化学工业及其它各种工矿企业中，广泛地应用各种电动机。根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。直流电机应用在生活的各个行业，办公自动化，智能家居，生产自动化，医疗器械，金融机械，游戏玩具等领域，如录像机、复印机、照相机、自动窗帘、玻璃幕墙、点钞机、ATM机、自动售货机等各种自动机器。直流电动机应用任务一 设计直流电动机运行控制电路直流电动机广泛应用于各种
2、便携式的电子设备或器具中，如录音机、电风扇、电动按摩器及各种玩具，也广泛应用于汽车、电动自行车、蓄电池车、船舶、航空、机械等行业，在一些高精尖产品中也有广泛应用，如手机、精密机床、自动点钞机、捆钞机等。直流电动机应用图5-1 直流电动机在生活中的应用任务一 设计直流电动机运行控制电路电动机是使电能转换为机械能的机械，直流电动机把直流电能转变为机械能。直流电动机具有以下优点：(1)调速范围广，易于平滑调节；(2)过载、起动、制动转矩大；(3)易于控制，可靠性高；(4)调速时的能量损耗较小。直流电动机简介图5-2 普通直流电动机实物图任务一 设计直流电动机运行控制电路用单片机控制直流电动机时，需要
3、驱动电路来为直流电动机提供足够大的驱动电流。电磁继电器控制是驱动中较为简便的一种。1电磁继电器工作原理电磁继电器是一种电子控制器件，具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种“自动开关”。在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。直流电动机驱动图5-3电磁继电器工作原理示意图任务一 设计直流电动机运行控制电路电磁继电器是在输入电路电流的作用下，由机械部件的相对运动产生预定响应的一种继电器。电磁式继电器一般由控制线圈、铁芯、衔铁、触点簧片等组成，控制线圈和接点组之间是相互绝缘的，因此
4、，能够为控制电路起到良好的电气隔离作用，内部结构如图5-4所示。当在继电器的线圈两端口加上额定电压时，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力被铁芯吸住，从而带动衔铁与常开触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会因弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与常闭触点吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中接通、切断的开关目的。直流电动机驱动任务一 设计直流电动机运行控制电路电磁继电器原理(a)内部结构(b)符号图5-4 电磁继电器结构图任务一 设计直流电动机运行控制电路(1)需了解必要的条件 控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控
5、制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。(2)查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用，并考虑尺寸是否合适。(3)注意器具的容积若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。继电器的选用任务一 设计直流电动机运行控制电路将继电器的常开触点串联到直流电动机的运行回路中，通过控制继电器线圈的通电与断电，带动
6、常开触点的闭合与断开，以此控制直流电动机的运行与停止。图5-5(a)所示为直流电动机运行控制的原理图。继电器线圈的通断电由单片机控制，当单片机P2.0口输出低电平时，三极管Q1饱和导通，继电器线圈通电，常开触点闭合，直流电动机开始运行。反之，P2.0口输出高电平，电动机停止运行。图5-5(b)是单个继电器驱动模块控制直流电动机运行实物参考图在三极管截止的瞬间，由于线圈中的电流不能突变为零，继电器线圈两端会产生一个较高电压的感应电动势，线圈产生的感应电动势则可以通过二极管D1释放，从而保护了三极管免被击穿，也消除了感应电动势对其它电路的干扰。直流电动机控制电路任务一 设计直流电动机运行控制电路直
7、流电动机控制电路图5-5(a)直流电动机运行控制原理图任务一 设计直流电动机运行控制电路直流电动机控制电路图5-5(b)继电器驱动模块控制直流电动机运行实物参考图任务二 控制按键的设计在单片机设计中常用的按键是轻触按键，它是按键类中的一种产品，相当于一种电子开关。只要轻轻地按下按键就可以接通电路，松开时就断开连接，实现原理主要是通过轻触按键内部的金属弹片受力弹动来实现接通和断开。轻触按键由于微动开关的特性以及体积小、质量轻的优势在家用电器方面得到了广泛的应用，如：电视机按键、光驱按键、键盘按键、显示器按键、照明按键等。按键的应用任务二 控制按键的设计按键的应用图5-6 生活中的按键应用任务二
8、控制按键的设计1轻触按键特性图5-7为轻触按键实物图，其主要特点有：(1)超小超薄，方形结构，有6mm以及12mm两款大小；(2)采用便于经典对策的带接地端子；(3)备有可安装键顶的凸出性柱塞；(4)采用密封构造，即使在有尘埃较多或者有水的环境也能够得到高可靠性的保障。按键的特性图5-7 轻触按键实物图任务二 控制按键的设计2按键开关去抖动问题机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图5-8所示，抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为510ms。按键去抖动图5-8 键输入与键抖动任务二 控制按键的设计在触点抖动期
9、间检测按键的通与断状态，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施。这一点可从硬件、软件两方面予以考虑。在键数较少时，可采用硬件去抖，而当键数较多时，采用软件去抖。在硬件上可采用在键输出端加R-S触发器(双稳态触发器)或单稳态触发器构成去抖动电路。软件上采取的措施是：在检测到有按键按下时，执行一个10ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态。同理，在检测到该键释放后，也应采用相同的步骤进行确认，
10、从而可消除抖动的影响。按键去抖动任务二 控制按键的设计3独立式按键结构单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。独立式按键的典型接口如图5-10所示，两者的区别在于，图5-10(a)有按键按下的检测信号为低电平，图5-10(b)按键按下的检测信号为高电平，实际使用中常采用图5-10(a)的接法。独立式按键电路配置灵活，软件编程简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，因此，在按键较多时，I/O口线浪费较大，通常在按键使用较少的情况下采用。独
11、立按键电路任务二 控制按键的设计独立按键电路图5-10 独立式按键的接口电路任务二 控制按键的设计4键盘扫描控制方式程序控制扫描方式键处理程序固定在主程序的某个程序段。特点：对CPU工作影响小，但应考虑键盘处理程序的运行间隔周期不能太长，否则会影响对键输入响应的及时性。定时控制扫描方式利用定时/计数器每隔一段时间产生定时中断，CPU响应中断后对键盘进行扫描。特点：与程序控制扫描方式的区别是，在扫描间隔时间内，前者用CPU工作程序填充，后者用定时/计数器定时控制。定时控制扫描方式也应考虑定时时间不能太长，否则会影响对键输入响应的及时性。中断控制方式中断控制方式是利用外部中断源，响应键输入信号。特
12、点：克服了前两种控制方式可能产生的空扫描和不能及时响应键输入的缺点，既能及时处理键输入，又能提高CPU运行效率，但要占用一个宝贵的中断资源。按键扫描方式任务二 控制按键的设计一个完善的键盘控制程序应具备以下功能：(1)检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除键盘按键机械触点抖动的影响。(2)有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键功能程序。(3)准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。按键程序要求任务二 控制按键的设计#includesbitk1=P10;/定义P1.0口 为按键K1识别端口，低电平有效
13、sbitk2=P11;/定义P1.1口 为按键K2识别端口，低电平有效sbitled=P01;/定义P0.1口 为发光二极管识别端口，低电平有效voidDelay10ms()/11.0592MHzunsignedchari,j;i=108;/12Ti=18,1Ti=108j=145;/12Tj=235,1Tj=145dowhile(-j);while(-i);voidDelay_n_10ms(unsignedintn)/11.0592MHzunsignedinti;for(i=0;in;i+)Delay10ms();按键程序举例 单片机P0.1口接发光二极管，P1.0、P1.1口接独立按键K1、K2，实现功能：按下按键K1，二极管点亮；按下K2，二极管熄灭。