常用计算机控制技术.ppt

第4章 常用控制程序设计,主要内容1、报警程序设计2、开关量输出接口技术3、电动机控制接口技术4、步进电机控制接口技术,4.1 报警程序设计,报警程序是计算机控制程序中必不可少的一部分。在控制过程中，有一些参数被限定在某一范围，超出之后轻则会造成次品、浪费等，重则造成设备损坏、人员伤亡等。报警程序就是提醒操作人员注意或采取紧急处理措施。,本节主要内容常用报警方式简单报警程序设计越限报警程序设计,4.1 报警程序设计（2）,4.1.1 常用报警方式一、发光报警在设备中常用发光二极管（LED）发光报警，其电路如下。LED驱动电流一般为5-30mA，74LS373（273、377，或8255等）为数据锁存，74LS06（或74LS07）为驱动器，R为限流电阻。R=（V-0.5）/I0.5为LED的结电压。R：2004501000I：22.5104.5（mA）若用白炽灯报警，则需用继电器进行控制，只需将电路中的LED换成继电器、电阻换小一些的即可。,为高时LED亮,4.1 报警程序设计（3）,二、发声报警在设备中，发声报警的方法有多种，可用报警喇叭发声、发声芯片发声、编程发声、可编程语音芯片发声等。1、报警喇叭发声有一种压电式蜂鸣器，加上324V直流电压，便发出“嘟、嘟、嘟”的报警声，电压越高，声音越大。2、编程发声用计算机，或者利用设备中单片机，编程发声程序，使喇叭发出各种各样的报警声，甚至音乐。3、可编程语音芯片发声使用时先录制声音，然后编写程序，可根据不同的情况，发出不同的语音提示。如ZY1420A语音模块，分为160段，每段可录制0.125s，录音总长度为20s。,4.1 报警程序设计（4）,4、发声芯片发声用发声芯片发声报警，是常用的方法，如汽车倒车、汽车洒水、门铃、玩具发声等，都是使用的发声芯片发声。如下表所示的KD-956X系列报警声音芯片（见表4-1）。,4.1 报警程序设计（5）,KD-956X系列声音芯片主要特性：1）工作电压范围宽（3-4.5V）2）静态电流低；3）外接振荡电阻可调节模拟声音的放音节奏；（R1发生频率，R1：180k-290k）4）外接一只小功率三极管便可驱动扬声器。KD 956X系列声音芯片的内部结构：包含有振荡器、节拍器、音色发生器、地址计数器、控制和输出等部分。下面为KD 9561声音芯片的外形图、应用电路图和接线图。,4.1 报警程序设计（6）,4.1.2 简单报警程序设计简单报警程序设计方法可以分两种全软件报警程序：对测量的参数（温度、压力、流量、速度、成分等）与规定的上、下限进行比较，根据比较结果做报警（声、光）和处理。硬件申请、软件处理报警程序：这种方法的报警判断不是程序完成的，而是直接由电路或设备完成的，超过限定值时向CPU发出中断请求，CPU响应中断后进行报警（声、光）和处理。,4.1 报警程序设计（7）,一、软件报警程序设计如锅炉水位自动调节系统，主要参数：水位、进水流量、蒸汽流量。根据锅炉中的水位、进水流量和蒸汽流量，调节进水阀门，以保持锅炉中的水位。,4.1 报警程序设计（8）,锅炉报警参数：X1：水位（高、低）；X2：炉膛温度；（高、低）X3：蒸汽压力（低）,为高时LED亮,4.1 报警程序设计（9）,软件报警子程序流程图。X1：水位（高、低）X2：炉膛温度（高、低）X3：蒸汽压力（低）,4.1 报警程序设计（10）,二、硬件直接报警程序设计对于某些根据开关量状态进行报警的系统，为了使系统简化，可以不用上面所说的软件编程判断报警方法，而是采用硬件申请中断的方法，进行报警设计。右图为硬件直接报警系统原理图。04为反相器。有参数超限便向CPU产生中断请求，从C口输入、高低4位交换、再从C口输出。,为低时LED亮,超限时闭合,4.1 报警程序设计（11）,4.1.3 越限报警程序设计前面讲的报警程序比较简单，实际中测量值在某一个范围上下摆动，为了避免测量值在极限值附近摆动造成频繁的报警，因此在上下限附近设定一个回差带，如下图所示。,4.1 报警程序设计（12）,程序基本思想：（1）比较判断：将采样、数字滤波后的数据与该被测点上、下限给定值进行比较，检查是否越限；或与上限复位值、下限复位值进行比较，检查是否复限。（2）处理：如越限，则分别置上、下限标志，并输出相应的声光报警信号；如复限，则清除相应标志。,并行接口芯片8255,4.2 开关量输出接口技术,接口 在工业上，被控制的对象中的执行机构的动力部分，一般都是强电，但计算机系统是弱电，要弱电去控制强电，就需要接口。对于只进行通断控制的机构，如电机的启停，照明的开关，报警的控制等，只需要开关量来进行控制，接口常用的器件是继电器或可控硅。在实际应用中，因为执行机构中的强电在开、关过程中会产生很强的电磁干扰，若在强电和弱电之间不加隔离，就会对计算机系统造成误动作和损坏。因此在接口电路中，一是要放大（驱动），二是要隔离。本节主要内容1、光电隔离技术2、继电器输出接口技术3、固态继电器输出接口技术4、大功率场效应管开关接口技术5、可控硅接口技术6、电磁阀接口技术,4.2 开关量输出接口技术（2）,4.2.1 光电隔离技术 常用的光电隔离器的种类有：发光二极管/光敏三极管（光敏复合晶体管、光敏电阻、光触发可控硅）等，其工作原理如下图所示。工作原理：隔离电压：塑料封装一般为2500V左右 陶瓷封装一般为5000-10000V左右 输入驱动电流：一般为10mA左右，常用7404、7406、7407等芯片驱动。常用的光电隔离器有4N25等，隔离电压为2500V，驱动电流为10mA-15mA,out,三极管,4.2 开关量输出接口技术（3）,常用的光电隔离电路（左图正确，右图错误）图中工作状态：PC0=1，Vo=0；PC0=0，Vo=1,作 业,4.1 4.3,4.2 开关量输出接口技术（4）,4.2.2 继电器输出接口技术 电磁式继电器的工作原理和应用电路如下图所示。驱动电流一般为100mA左右，直流电压5V、9V、12V、24V等 选用时应考虑：1、额定工作电压、电流 2、接点负荷 3、接点的数量与种类（动断或动开）4、体积、封装、工作 环境、延迟时间等,为高时继电器闭合,保护二极管,继电器线圈,光电隔离器,4.2 开关量输出接口技术（5）,4.2.3 固态继电器输出接口技术 电磁式继电器在通断过程中会产生电磁干扰，并且触点容易氧化而影响可靠性。固态继电器（Solid State Relay）SSR是用晶体管或可控硅代替电磁式继电器，SSR无触点，响应快，并且将光电隔离集成到一起。SSR分为直流型的和交流型的。一、直流型SSR 结构与工作原理如下图,三极管,光电隔离器,保护二极管,闭合时负载工作,4.2 开关量输出接口技术（6）,直流SSR主要用于直流负载的场合 输出工作电压30-180V（5V开始工作）SSR控制步进电机（下图）。PCx=1时导通，对应绕组通电。,保护二极管,步进电机绕组C,4.2 开关量输出接口技术（7）,二、交流型SSR 用可控硅作开关器件。分为过零型和移相型两类。用于控制交流大功率设备，如控制交流电动机、交流电磁阀等。SSR结构与工作原理如下图,晶闸管（可控硅）,4.2 开关量输出接口技术（8）,交流SSR输出波形如下图所示,非过零型导通时间立即导通,过零型导通时间,过零型导通时间,关断时间相同，在过零时,交流电源波形,控制信号,SSR两端的电压在导通时为0。,非过零型SSR，加上控制信号便导通,4.2 开关量输出接口技术（9）,交流SSR控制交流电机原理图如下图所示。RP、CP组成浪涌电压保护电路（对50Hz的阻抗约为32K），RM为压敏电阻，用作过压保护（保护SSR）。PC0=0，A绕组通电电机正转；PC0=1，B绕组通电电机反转,交流固态继电器,4.2 开关量输出接口技术（10）,4.2.4 大功率场效应管开关接口技术 场效应管特点：输入阻抗高、关断漏电流小、响应快，体积小、价格低。IRF系列场效应管特性：电流从几毫安-几十安；耐压从几十伏-几百伏。使用时注意加光电保护，如用4N25等光电隔离器。G：栅极，控制端；D：漏极，接电源正极 S：源极，接电源负极 主要用于直流设备,4.2 开关量输出接口技术（11）,大功率场效应管控制步进电机原理图 场效应管型号为IRF640，PCx为1时对应绕组导通，为0时对应绕组关闭。三个绕组按规律交替导通，步进电机才会旋转。,场效应管开关,光电隔离器,浪涌电压保护电路，保护场效应管,步进电机绕组A,保护二极管,4.2 开关量输出接口技术（12）,4.2.5 可控硅接口技术 可控硅（Silicon Controlled Rectifier(整流器)）SCR，也叫晶闸管，是一种大功率器件。特点：效率高、寿命长、体积小。应用：作大功率驱动器件，实现以小功率控制大功率。在直流电机调速系统、调功系统、随动系统应用广泛。分类：分为单向可控硅和双向可控硅。一、单向可控硅 A阳极、K阴极、G控制极,e2,e1,b1,b2,c1,c2,4.2 开关量输出接口技术（13）,几个参量：触发电流IT：Ig IT时导通；控制角；导通角；Ig为栅极电流 截止：UAUK。单向可控硅的单向导通功能，多用于直流大电流场合的开关。在交流系统中用做大功率整流。,4.2 开关量输出接口技术（14）,二、双向可控硅 又叫三端双向可控硅，简称TRIAC。工作原理：控制极G加正向脉冲则正向导通，加反向脉冲则反向导通。也会截止。特点与应用：控制简单，无耐压问题，作交流无触点开关。,4.2 开关量输出接口技术（15）,用双向可控硅控制交流电加热炉的原理图：上半部分为可控硅控制电路，下半部分为交流电过零探测电路，每过一次零便产生一个脉冲的下降沿，向CPU发出中断请求，CPU响应后，向D0发出同步触发脉冲，使可控硅导通。注意：每半个周期给可控硅一个同步脉冲，电压不小于4V，脉冲宽度不小于20s。D0为低时导通。此电路复杂，采用图4-26电路简单。,光电隔离器,产生中断请求信号,此电路复杂，采用图4-26电路简单。,Vb,Vc,t,t,4.2 开关量输出接口技术（16）,4.2.6 电磁阀接口技术 电磁是受通电线圈电磁力控制开闭的阀体。广泛应用于气体、液体开关阀门。结构原理图如下图所示。,4.2 开关量输出接口技术（17）,电磁阀的种类：有交流和直流两种。交流电磁阀使用方便，但容易震动、启动电流大；直流电磁阀需专门电源，如12V、24V、48V等。交流电磁阀的接口电路如下图所示。双向可控硅的选择：对中小型的交流电磁阀，可选3A、600V的。,为过零触发光电耦合双向可控硅驱动芯片,为低时可控硅导通,作 业,4.1 4.3 4.5,4.3 电动机控制接口技术,电动机控制技术概述 电动机是被广泛应用的原动机 电动机的控制要求越来越高：启、停、逆转快速，调速快、准。电动机控制器的发展：电机控制元件经历了从交流放大器到磁放大器、可控离子变速器、可控硅、计算机控制。计算机控制又分为微机控制系统、单片机控制装置和专用控制板卡等，并且采用了复杂的控制算法。脉冲宽度调制技术，在直流小功率电动机调速中已经成熟，在直流中、小功率方面正在迅速取代可控硅SCR直流调速系统，但在交流和大功率电动机调速方面尚属研究中。电动机调速的发展趋势：微型化、智能化、一体化，即将以微型计算机（单片机）为核心的控制器做到电动机上。,4.3 电动机控制接口技术（1）,本节主要内容1、小功率直流电动机调速原理2、开环脉冲宽度调速系统3、脉冲宽度调速系统设计4、闭环脉冲宽度调速系统5、交流电动机控制接口技术,4.3 电动机控制接口技术（2）,4.3.1 小功率直流电动机调速原理 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）PWM原理 小功率直流电动机由转子和定子组成，定子可以是磁极或励磁绕组。其转速与加在转子电枢上的电压Ua有关，Ua转速V；所加电压极性改变，则电动机反转。据此原理，通过改变电动机电枢电压接通和断开的时间比（即占空比）来控制电动机的转速，这种方法就称为脉冲宽度调制PWM。脉宽调制转速公式（平均转速）：Vd=Vmax*D Vd-电动机平均转速 Vmax全通电时速度（最大）D=t1/T-占空比，t1是通电时间，T是脉宽周期。D1。Vd D，与单纯的周期T无关 Vd与D的关系如下页图所示,4.3 电动机控制接口技术（3）,定子绕组及产生的磁场,转子,电枢,4.3 电动机控制接口技术（4）,Vd与D只是近似的线性关系，与单纯的周期T无关（与步进电机的调速脉冲不同，步进电机的转速与脉冲频率成正比）。在D不变的情况下，T越小，电机转速越平稳。,4.3 电动机控制接口技术（5）,4.3.2 开环脉冲宽度调速系统 1、开环脉冲宽度调速系统的组成 由五部分组成：（1）占空比D的 设定 1）用电位器调节、2）用拨码开关、3）用数字键盘（2）脉冲宽度发生器 软件编程（3）驱动器 TTL放大电路（4）电子开关 用晶体管、场效应管、可控硅、继电器（5）电动机,4.3 电动机控制接口技术（6）,2、电动机控制接口 上图中的第3、4两部分即为接口部分。直流电机与微机的接口有以下4种方法：（1）光电隔离器+大功率场效应管 适用于自己开发的系统，价格低（2）固态继电器 适用于自己开发的系统，价格低（3）专用接口芯片 如L290、L291、L292等，价高、但可靠（4）专用接口板 如7501、7502，主要用于STD或PC机系统 如用单片机控制，即可产生并输出调制脉冲，再加上光电隔离器+大功率场效应管，或者加上固态继电器就构成了接口部件和脉宽调速控制器。,4.3 电动机控制接口技术（7）,4.3.3 脉冲宽度调速系统设计 一、脉宽占空比设计 由脉宽调制转速公式：Vd=Vmax*D 电动机平均转速Vd、全通电时速度 Vmax 已知，对于给定的平均转速Vd，便可计算出占空比D。占空比D=t1/T，t1是通电时间，t2是断电时间。脉宽周期T=t1+t2 1、软件计数法 设单位时间（t0）计一个数，则通电时间t1计数N1=t1/t0，断电时间t2计数N2=t2/t0，在脉冲输出端，输出高电平计数N1，输出低电平计数N2，并让输出端如此循环输出即可。2、硬件计数法 用硬件计数器计数，分别输出高电平和低电平，也如此循环输出即可。,4.3 电动机控制接口技术（8）,二、电动机转动控制原理 正转：SW1、SW4闭合 反转：SW2、SW3闭合 刹车：SW2、SW4闭合（或SW1、SW3闭合）滑行：SW1、SW2、SW3、SW4全部断开,三、电动机控制接口电路,双向控制电动机工作状态真值表,PA0、PA1为0时，SW1、SW3才有可能导通 SWx状态：PA0、1为1时导通，为0时截止 SWx用的是场效应管PB0-PB7：设置脉冲宽度，即方波的占空比74LS125：四总线三态缓冲器,4.3 电动机控制接口技术,四、控制系统的软件设计1、流程图（右图）2、8086汇编程序 见教材P134（略）,设定占空比（或转速）,通电时间,断电时间,4.3 电动机控制接口技术（11）,为了提高电动机脉冲宽度调速系统的精度，通常采用闭环脉冲宽度调速系统。闭环系统是在开环系统的基础上增加了电动机的速度检测回路，意在将检测到的速度与给定值比较，并由数字调节器（PID）进行调节。其原理框图如左图所示。,4.3.4 闭环脉冲宽度调速系统,4.3 电动机控制接口技术（12）,一、测速发电机 1、测速发电机的工作原理 测速发电机是一种将转子转速转换成电信号的装置。根据结构及工作原理的不同，分为直流和交流测速发电机。测速发电机的工作原理：用被控制的电动机，带动测速发电机的转子在定子所形成的磁场中旋转，转子绕组切割磁力线，便产生了感应电动势，即有电压。转速越高，电压越高。电压便与电动机的转速成正比，由此得到电动机的转速信息。测速发电机的特点是分辨率较高，价格较低。,4.3 电动机控制接口技术（13）,2、直流闭环脉冲宽度调速系统原理图,4.3 电动机控制接口技术（14）,二、数字式转速传感器 数字式转速传感器，是把旋转轴的转速直接转换成数字量的一种装置。计算机控制系统最常用的是码盘式转速传感器。下图为增量式和绝对式码盘。,4.3 电动机控制接口技术（15）,1、增量式码盘的工作原理 增量式码盘的脉冲输入到计算机的计数器，其转速公式为：nm=60*Nc/n/t1（转/分）式中：nm-转速，单位为r/min Nc-在t1时间内测得的脉冲数 n-码盘上一周的缝隙数 t1-测速时间，单位为秒Nc/n：为在t1时间内码盘转的总圈数,4.3 电动机控制接口技术（16）,2、绝对式码盘的工作原理 有数字的方格示透光，无数字的方格示不透光，透光的地方经光敏元件输出1，不透光的地方经光敏元件输出0。每一个位圈需要一个光敏元件，8个位圈需要8个光敏元件，可以计数256。8位光敏元件输出的数据，可以直接接到计算机的数字量输入端口。每隔一段时间读一次数据，两次的数据差除以码盘上的缝隙数，即为转的圈数。转速=两次的数据差/码盘上外圈的缝隙数/时间,转速仍然可以用前面的公式，Nc理解为数据差,D0位圈,D1位圈,D2位圈,D3位圈,D4位圈,最外圈,有数字的格为透光,总格数,4.3 电动机控制接口技术（17）,4.3.5 交流电动机控制接口技术 1、交流电动机的调速正在研究发展中 交流电动机的调速比较复杂，是一个非常活跃的领域，有待进一步研究和开发。此处作简单介绍。2、交流电动机调速的的特点 1）电流作正反两个方向流动；2）电压较高（220V-380V）需要加光电隔离，常用交流固态继电器。3、采用固态继电器与交流伺服电机的接口电路,4.3 电动机控制接口技术（18）,3、采用固态继电器与交流伺服电机的接口电路,PC0=1，PC1=0，A相导通，电动机正转。PC0=0，PC1=1，B相导通，电动机反转。PC0=0，PC1=0，A相与B相均关闭，电动机不运转。R4与电容C的作用是消除伺服电机关断时的浪涌电压。光敏电阻R2和电阻R3的作用是组成过零检测电路，产生双向触发脉冲。,作 业,4.6 4.7 4.8,4.4 步进电机控制接口技术,4.4.0 概述-步进电机的特点及应用 步进电机运转精度高 旋转单位是“步”，一步的最小转角可以小到0.36度（最大转角达到90度）。步进电机若前进一定的步数，然后再后退相同的步数，则可精确的回到原来的位置。步进电机启、停速度快 能够在“一刹那”间使步进电机启动或停止，在快速启停时不会失掉一步。一般转速为200-1000步/秒。步进电机在定位场所得到了广泛的应用 如：在绘图仪、打印机、扫描仪、复印机等设备及光学仪器中应用。其定位不需要位移传感器测定位置。,本节内容1、步进电机工作原理2、步进电机控制系统原理3、步进电机与微机的接口及程序设计4、步进电机步数及速度的计算方法5、步进电机的变速控制,4.4 步进电机控制接口技术（2）,4.4.1 步进电机的工作原理 步进电机实际上是一个数字/角度转换器。其结构如下图所示（是一个三相步进电机）。1、结构 1）定子 是磁极，相对着的是 一对（三相步进电机有三 对磁极），每个磁极外形 是均匀的5个矩形小齿。2）转子 转子上无线圈，外形是 分布均匀的40个矩形小齿，相邻两齿的夹角为9度。,4.4 步进电机控制接口技术（3）,2、工作原理 定子各相（AA、BB、CC）相差120度依次单独通电，则定子所产生的磁场按AA、BB、CC、AA、BB、顺序旋转。,转子旋转原理 AA上通电时 为了构成闭合的磁力线、并且使磁阻最小，转子上的齿要与定子AA上的齿对齐。设转子与定子A相中间的齿相对的齿记为0号齿。BB上通电时 为了构成闭合的磁力线、并且使磁阻最小，转子上的齿也要与定子BB上的齿对齐。转子上与定子B相中间应该对齐的齿号为120/9=13.33，不是整数，即转子与定子上的齿未对齐，则磁阻大，为减小磁阻，转子要旋转。第13、14号齿距离B相中间的角度分别为3和6，因此13号齿顺时针旋转3与定子齿对齐。,4.4 步进电机控制接口技术（4）,CC相通电 同样的道理，转子仍然顺时针旋转3。定子按AB C A B 通电时，则转子按顺时针方向旋转。步距角 每步的转角为3，即步距角为3。通电一周的旋转角度 按照AB C A顺序通电一周，则转子旋转9。反转方法 若通电顺序反过来，按CB A C通电，则转子旋转方向相反。3、步距角Qs计算公式 Qs=360/(N*Zr)式中：Zr为转子齿数；N=Mc*C为通电一周的拍数，叫运行拍数。其中Mc为绕组相数；C为状态数，采用（单、双）三拍时C=1，采用（单、双）六拍时C=2。如三相三拍，步距角为3；三相六拍，步距角为1.5。,括号内为每转一圈的步数,4.4 步进电机控制接口技术（5）,4.4.2 步进电机控制系统原理 典型的步进电机控制系统如下图所示，主要有三部分组成。步进控制器由缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑、正反控制门等组成。步进控制器线路复杂、成本高。计算机控制系统 用软件编程代替了步进控制器，可靠、成本低、控制方便，应用广泛。,4.4 步进电机控制接口技术（6）,典型的微机控制步进电机原理系统如下图所示 计算机控制步进电机需要解决的问题：1）脉冲序列的产生 2）方向控制 3）程序设计,4.4 步进电机控制接口技术（7）,1、脉冲序列的生成 脉冲序列如右图所示 1）脉冲周期的实现 脉冲周期=通电时间+断电时间。通电时，计算机输出高电平使开 关闭合；断电时，计算机输出低电平使开关断开。通电和断电时间的控制，可以用定时器，也可以用软件延时。周期决定了步进电机的转速；占空比决定了功率。2）脉冲高度 脉冲高度决定于元器件，对TTL电平为0-5V，对CMOS电平一般为0-10V。常用的接口电路多为0-5V。,4.4 步进电机控制接口技术（8）,2、方向控制 常用的步进电机有三相、四相、五相、六相。旋转方向与内部绕组的通电顺序有关。以三相步进电机为例 三相步进电机有三种工作方式：1）单三拍，通电顺序为 ABC 2）双三拍，通电顺序为 ABBCCA 3）单双交替六拍，通电顺序为 AABBBCCCA 若按上述通电顺序为正转，则反向通电步进电机反转。关于四相、五相、六相步进电机的通电方式与此相似，从略。,4.4 步进电机控制接口技术（9）,三种控制模型1、三相单三拍,2、三相双三拍,4.4 步进电机控制接口技术（10）,3、三相六拍,4.4 步进电机控制接口技术（11）,4.4.3 步进电机与微机的接口及程序设计 1、步进电机与微机的接口电路 1）接口电路之一-无光电隔离 PCx=0导通，对应绕组通电 PCx=1截止，对应绕组断电（与前面表中所述相反）,大功率复合管，起开关作用。为达林顿管,4.4 步进电机控制接口技术（12）,2）接口电路之二-有光电隔离 PCx=1导通，对应绕组通电 PCx=0截止，对应绕组断电（与前面表中所述相同）,4.4 步进电机控制接口技术（14）,2、步进电机程序设计,为四相步进电机 其控制设计为四相双四拍 Dx=1时对应绕组通电,4.4 步进电机控制接口技术（15）,通电顺序为：ABBCCD DA,四相四拍控制设计表,4.4 步进电机控制接口技术（16）,程序流程图如右图所示。,4.4 步进电机控制接口技术（17）,4.4.4 步进电机步数及速度的计算方法 对步进电机的控制，步数控制的目的是精确地到达指定的位置；速度的控制是通过单位时间的步数实现的，主要是计算相邻两个脉冲之间的时间。1、步进电机步数的确定 由给出的转角或位移量，计算出步数。1）转角与步数的关系 如：用步进电机带动一个能够旋转10圈的电位器来调整电压，假定调节范围是0-10V，现在要求把电压从2V升到2.1V，计算旋转的步数N。先计算需要转过的角度X X=（2.12）*（360*10）10）36 若用三相三拍方式控制，其步距角为3，所以步数N为 N=36/3=12（步）,括号内为每1伏电压转过的角度,4.4 步进电机控制接口技术（18）,2）同理可以求出位移量与步数之间的关系先计算每转一圈的位移量，再计算每一步的位移量，最后算总步数。2、步进电机速度的确定 步进电机速度控制的方法就是控制脉冲之间的时间间隔。只要速度给定，便可计算出脉冲之间的时间间隔。如要求步进电机2秒钟转10圈，则每一步需要的时间T为 T每圈时间每圈的步数（2000ms/10）（N*Zr）200ms（3*2*40）833s 只要在输出一个脉冲后延时833s，即可满足速度之要求。,括号内为每一圈的步数,N=Mc*C,三相六拍,4.4 步进电机控制接口技术（19）,4.4.5 步进电机的变速控制 1）必须要变速运行 步进电机在启动和停止过程时的速度应该比正常运转时的速度低，特别是刚启动和最后停下来时，速度应该更低，否则由于惯性步进电机会出现“失步”（多走了步或少走了步），失去其精确性。为确保步进电机运行的精确性和快速，必须变速运行。,2）变速原理 在启动过程脉冲周期由长（频率低）变短，使步进电机转速缓慢上升到正常运转时的速度；在停止过程脉冲周期由短变长，使步进电机转速从正常转速缓慢下降至0。变化时间约0.1-1s。正常运转时脉冲周期要短（频率高），速度要高。右图为变速运行控制脉冲频率变化曲线。,4.4 步进电机控制接口技术（20）,1、变速方法之一-改变控制方式 如在三相步进电机中，启动或停止时，用三相六拍控制，大约经过0.1s后改为三相三拍控制。2、变速方法之二-改变脉冲时间间隔控制 刚启动时脉冲间隔长，启动过程脉冲间隔均匀变短，直到速度达正常值；停止时，在停止过程脉冲间隔均匀变短，直到停止。DELY:PUSH BX PUSH CX MOV BX,100;延时子程序DELY1:MOV CX,10000 LOOP$DEC BX JNZ DELY1 POP CX POP BX RET,DELY:PUSH BX PUSH CX MOV BX,NUM;延时子程序DELY1:MOV CX,10000 LOOP$DEC BX JNZ DELY1 POP CX POP BX RET,4.4 步进电机控制接口技术（21）,变延时程序段：NUMDB120启动时NUM值不断减小，直至到1：DECNUM停止时NUM值不断增大，直至到120：INCNUM 3、变速方法之三-用定时器改变脉冲时间间隔控制 如用8253定时，启动时，初值不断减小，使脉冲频率不断增加；停止时，初值不断增大，使脉冲频率不断降低。,DELY:PUSH BX PUSH CX MOV BX,NUM;延时子程序DELY1:MOV CX,10000 LOOP$DEC BX JNZ DELY1 POP CX POP BX RET,作 业,4.9 4.10 4.124.9 要求画四相单四拍、四相双四拍和四相八拍；画六相单六拍、六相双六拍和六相十二拍。,3、四相四拍,4.4 步进电机控制接口技术（16）,;读取控制方向状态,使电机正反转动ORG 0000HMOV SP,#5FHLOOP1:JB P3.0,LOOP0;判断P3.0状态MOV P1,#03H;正转 LCALL DELYMOV P1,#06HLCALL DELYMOV P1,#0CHLCALL DELYMOV P1,#09HLCALL DELYSJMP LOOP1LOOP0:MOV P1,#09H;反转LCALL DELY,MOV P1,#0CHLCALL DELYMOV P1,#06HLCALL DELYMOV P1,#03HLCALL DELYSJMP LOOP1DELY:MOV R2,#1H;延时子程序DELY2:MOV R3,#80HDELY3:MOV R4,#80HDELY1:DJNZ R4,DELY1 DJNZ R3,DELY3 DJNZ R2,DELY2 RET,4.4 步进电机控制接口技术（20）,1、变速方法之一-改变控制方式 如在三相步进电机中，启动或停止时，用三相六拍控制，大约经过0.1s后改为三相三拍控制。2、变速方法之二-改变脉冲时间间隔控制 刚启动时脉冲间隔长，启动过程脉冲间隔均匀变短，直到速度达正常值；停止时，在停止过程脉冲间隔均匀变短，直到停止。DELY:MOV R2,#1H;延时子程序DELY2:MOV R3,#80HDELY3:MOV R4,#80HDELY1:DJNZ R4,DELY1 DJNZ R3,DELY3 DJNZ R2,DELY2 RET,DELY:MOV R2,NUM;延时子程序DELY2:MOV R3,#80HDELY3:MOV R4,#80HDELY1:DJNZ R4,DELY1 DJNZ R3,DELY3 DJNZ R2,DELY2 RET,4.4 步进电机控制接口技术（21）,变延时程序段：NUMEQU30HMOVNUM，#120启动时NUM值不断减小，直至到1：DECNUM停止时NUM值不断增大，直至到120：INCNUM 3、变速方法之三-用定时器改变脉冲时间间隔控制（略）,DELY:MOV R2,NUM;延时子程序DELY2:MOV R3,#80HDELY3:MOV R4,#80HDELY1:DJNZ R4,DELY1 DJNZ R3,DELY3 DJNZ R2,DELY2 RET,作 业,4.11（1）画出此步进电机单四拍、双四拍以及四相八拍三种控制方式通电顺序图。（2）说明图中各个器件的作用及电路的工作原理。,