Embed Size (px)
DESCRIPTION
任务 8 ：直流电机的 PWM 调速控制. 工作任务描述： 通过调节实验箱上的电位器旋钮输入模拟量，单片机控制输出脉冲的脉宽，从而控制直流电动机的转速。. 学习内容：. 一、 A/D 转换器的主要性能指标及分类 二、并行 ADC0809 芯片的引脚功能 三、单片机与 ADC0809 的典型连线与编程 四、常用开关量的驱动方法及单片机系统隔离方法 五、 PWM 控制. 模数转换器接口（ A/D ）. 一、 A/D 转换器的主要性能指标及分类 1 、 A/D 转换器的主要性能指标. 上图描述了 A/D 转换的过程 （ 1 ）转换精度 - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
任务 8 ：直流电机的 PWM 调速控制
工作任务描述： 通过调节实验箱上的电位器旋钮输入模拟量，单片机控制输出脉冲的脉宽，从而控制直流电动机的转速。
学习内容：
一、 A/D 转换器的主要性能指标及分类二、并行 ADC0809 芯片的引脚功能三、单片机与 ADC0809 的典型连线与编程四、常用开关量的驱动方法及单片机系统隔离方法五、 PWM 控制
模数转换器接口（ A/D ）
一、 A/D 转换器的主要性能指标及分类1、 A/D转换器的主要性能指标
上图描述了 A/D 转换的过程（ 1）转换精度通常用分辨率和量化误差来描述
（ 2）分辨率：分辨率 =UREF/2N ，表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。
（ 3）量化误差：是指零点和满度校准后，在整个转换范围内的最大误差，通常是已相对误差的形式出现。以 LSB 为单位，如 8位 A/D 转换器基准电压为 5V时，1LSB≈20mv, 量化误差±1LSB/2≈±10mv
（ 4）转换时间指 A/D 转换器转换完一次 A/D 转换所需时间，时间越短，表
示适应输入信号快速变化能力越强。按照信号传输形式分为：并行 A/D 和串行 A/D
2 、 A/D 转换器的分类 按照转换原理分位 :逐次逼近式、双积分式、 V/F 变换式
3 、 ADC0809 的芯片引脚及主要性能指标主要性能： 分辨率 8 位； 转换时间 100s ； 温度范围 -40 ～ +85 ℃； 可使用单一的 +5V 电源； 可直接与 CPU 连接； 输出带锁存器； 逻辑电平与 TTL 兼容。
ADC0809有 28条引脚。
OE
ADC0809 共有 28 个引脚，其主要引脚信号为： START—为起动模 /数转换引脚，当 START=1 时，开始起动模 /数转换。 EOC—为模 /数转换结束引脚 ，转换结束，该引脚输出高电平。 OE—为输出允许控制，该引脚用于控制选通三态门。当 OE=1时三态门打开，模 /数转换后 得到的数字量才可通过三态门到达数据总线，进而被读入 CPU 。 CLOCK——为外加时钟输入引脚，其频率为 50-800KHZ ，使用时常接 500-600KZ 。 ALE——为模拟通道锁存信号，当此引脚由低电平到高电平跳变时将加到 C， B， A 引脚的 数据锁存并选通相应的模拟通道。
三、单片机与 ADC0809 的典型连线与编程可以用中断、查询和延时等待三种方式编制程序。1 、中断方式 将 ADC0809 的 EOC 端经过非门之后和单片机的外部中断 0连接
CLK
ABC
D0
D7
STARTALEOE
EOC
IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7
~ADC0809
D0
D7
Q0
Q7G OE
74L
S3
73~ ~
WR
RDP2.7
P0.0
ALE
P0.7
~
80C51
INT0
A0-A2
≥1
≥1
1
2 、查询方式
CLK
ABC
D0
D7
STARTALEOE
EOC
IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7
~ADC0809
D0
D7
Q0
Q7G OE
74L
S3
73~ ~
WR
RDP2.7
P0.0
ALE
P0.7
~
80C51
INT0
A0-A2
≥1
≥1
P1.0
ADC0809 的 EOC 端和 P1.0 相连。不断查询 P1.0 的状态即可得知 A/D 转换是否结束。
3 、延时等待
CLK
ABC
D0
D7
STARTALEOE
EOC
IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7
~ADC0809
D0
D7
Q0
Q7G OE
74L
S3
73~ ~
WR
RDP2.7
P0.0
ALE
P0.7~
80C51
INT0
A0-A2
≥1
≥1
ADC0809 的 EOC 端不必和 80C51 相连接，而是根据时钟频率计算出A/D 转换时间，略微延长后直接读取 A/D 转换值。（大于 128us ） 试比较三种方式，说出优缺点
4 、 ADC0809 的应用例：将单片机上 0-5V 的模拟信号进行 A/D 转换并将转换结果通过指示灯或者 LED 数码管进行显示，调节输入电压，能够从指示灯或者 LED 数码管上看到值的变化。
5、扩展知识：串行 A/D ADC0832 及其接口电路随着单片机技术的发展，串行接口电路得到越来越多的应用， A/D 转换电路同单片机的接口电路除了并行扩展之外，还有串行连接方式。
80C51
P1.0 R1
VT
VCC
VL
R2
+5V
四、常用开关量的驱动方法及单片机系统隔离方法
1 、驱动发光二极管常见发光二极管的驱动电流一般为 5-10mA ，而单片机的 I/O 口的输出电
流一般为几十 uA ，加正向电压，导通之后的管压降为 1-2V ，单片机驱动二极管的典型电路如下图所示：
1)驱动端口可用 P0-P3 口中任意一端（ P0口应加上拉电阻），输出低电平， LED亮，反之则暗。
2)驱动限流电阻 R1 可取 10KΩ-100KΩ，可视驱动三极管的 β值而定， β值大，则 R1 可略大。 R1大，可减小流过 80C51的电流，降低功耗。3)驱动晶体管 VT，灌电流驱动时，应选取PNP 三极管，一般选取 9014 、 9012.9014 的β值较大， Icm较小； 9012 的 β值略小，Icm较大。4) 发光二极管 VL限流电阻 R2 ，可根据 VL电流而定，VL电流一般取 5-10mA ，电流大，亮度高。
2 、驱动继电器驱动继电器主要考虑下列两个因素 :
1) 继电器线圈额定电压。若额定电压为 5V、 6V ，按照图 5-3-2 连接，若额定电压大于
6V，则按照图 5-3-3 连接，若额定电压为 AC 220V ，则应用光耦合器。2) 继电器线圈驱动电流。
一般来讲，额定电压低，驱动电流大，触电容量大，驱动电流大。可根据线圈驱动电流大小，选用有足够输出电流的晶体三极管，且三极管的 β值要大， β值大时， 80C51 的驱动电流可小一些。需要指出的是要适当选取 R1 ， R1 过大，驱动电流不足，继电器会出现“颤抖”。
二极管 VD的作用是防止换路时，继电器产生感应电压损坏晶体三极管
80C51
P1.0 R1
VT1
+5V
继电器VD
80C51
P1.0 R1
VT1
+5V
继电器VD
+12V
R2
VT2
3 、光电隔离接口 在单片机控制系统中，有时要将强电回路与单片机弱电供电回路隔离，以有效抑制强电干扰信号，常见的隔离方式是变压器耦合和光耦合，变压器耦合只能用于传送交变信号，且体积大、量重、功耗大，还会产生电磁干扰。光耦合技能用于传送交变信号，又能用于传送直流信号，且体积小、量轻、功耗小，抗干扰强。 光耦合器件有多种类型，最常用的是光敏二极管构成的光耦合器，下图是 80C51 与光耦合器的典型连接电路，试分析下列电路中，输出高低电平时，光耦合器的工作状态。
IC1
80C51
P1.0 R1
VT1
+5V
R3
R2
+VCC
U0
IC180C51
P1.0 R1
VT1
+5V
R2
+VCC
U0
R3
需要指出的是：1) 光耦合器中的发光二极管驱动电流较大，应用晶体三极管或者有足够输出电流的门电路扩大 80C51 的输出电流
2) 既然是隔离，强电回路的接地端与弱点回路的接地端不能连接在一起，否则隔离只是一句空话。
4 、驱动晶闸管 晶闸管常用于单片机控制系统中交流强电回路的执行元件，一般来讲，据需要光耦合器隔离驱动，图 5-3-5 为驱动双向晶闸管典型应用电路。
IC180C51
P1.0 R1
VT1
+5V
R2
R3
R4
R5
VT2
RL
AC 220V
+VCC
80C51
P1.0 R1
VT1
+5V
R2
MOC3041
BCR
R3
R4 RL
AC 220V
为减小驱动功率和减小晶闸管触发时产生的干扰，用于交流电路双向晶闸管的触发常采用过零触发，因此上述电路还需要正弦交流过零检测电路，在过零时产生脉冲信号引发 80C51中断，在中断服务子程序中发出晶闸管触发信号，并延时关断。这就增加了控制系统的复杂性，一种较为简单的方法是采用新型元件，图 5-3-6 为过零检测触发晶闸管电路， MOC3041 能在正弦波交流过零时自动导通，触发大功率双向晶闸管导通。从而省去了过零检测及触发等辅助电路，并降低了材料成本，提高了可靠性。图中， R3为 MOC3041触发限流电阻， R4 为 BCR 门级电阻，防止误触发，提高抗干扰性。
五、 PWM 控制1、 PWM介绍PWM意为脉冲宽度调制，是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。 PWM 可以应用在很多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等。 在 PWM 驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小 目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此， PWM又被称为“开关驱动装置”。
2 、 PWM 信号发生电路设计 PWM波可以由具有 PWM 输出的单片机通过编程来得以产生，也可以采用 PWM专用芯片来实现，当 PWM波的频率太高时，它对直流电机驱动的功率管要求太高，而当它的频率太低时，其产生的电磁噪声就比较大，在实际应用电路中， PWM波的频率在 18khz 左右时，效果最好。
