计算机控制(第五章,开关IO,电机控制、步进电机)

程序清单： ORG 0000H AJMP MAIN ；上电自动转向主程序 ORG 0003H ；外部中断方式0入口地址 AJMP ALARM ORG 0200H MAIN：SETB IT0 ；选择边沿触发方式 SETB EX0 ；允许外部中断0 SETB EA ；CPU允许中断 HERE： SJMP HERE ； 模拟主程序 ORG 0210H ALARM： MOV A，#0FFH ：设P1口为输入口 MOV P1， A MOV A，P1 ；取报警状态 SWAP A ；ACC.7～ACC.4←→ACC.3～ACC.0 MOV P1，A ；输出报警信号 RETI
下图为三相直流步进电机控制，A、B、C三相均由直流 型SSR控制，分别接至8031的P1.0， P1.1， P1.2端。
2、交流型 交流型SSR用双向可控硅作为无触点开关器件，用于交流 大功率驱动场合，如交流电机、交流电磁阀等。 交流SSR又分为非过零型和过零型两类。
下图为一交流过零型SSR原理图。
MOV 22H，20H ；延时t1 DELAY1：ACALL DELAY0 DJNZ 22H，DELAY1 MOV A，#00H ；滑行 MOVX @DPTR，A MOV 23H，21H ；延时t2 DELAY2：ACALL DELAY0 DJNZ 23H，DELAY2 AJMP LOOP STOP：MOV A，#03H ；刹车 MOV DPTR，#0FD01H MOVX @DPTR，A AJMP LOOP INVERT：MOV A，#01H ；反转 AJMP OUTPUT DELAY0：… ；软件延时的单位时间
步进电机的步距角为： Qs=360O/(k×M×Z)
步进电机的特点： 能直接接收数字量，控制方便； 快速启停能力，停止时有自锁能力； 无步距误差的积累，精度高； 但带惯性负载能力较差；等等。
定子上有三组绕组线圈， 转子一周上有40个矩形小齿。
（二）步进电机控制系统的原理 典型的步进电机控制系统如下图所示． 步进控制器的主要功能是实现脉冲的环行分配，可用各种 逻辑电路来实现．
实例：一个完整的双向直流电机控制接口电路如下图所示。 8155A口为输出方式，电机工作状态真值表和电机的控制模 型如下表所示：
电机正转时，控制模型为02H（PA1=1，PA0=0）； 电机反转时，控制模型为01H； 电机刹车时，控制模型为03H； 电机滑行时，控制模型为00H。 PB口和PC口为输入方式： PB口输入8个开关提供的脉冲宽度给定值N； PC1口线的单刀双掷开关提供启停控制，PC1=0为启动， PC1=1为停止； PC0口线的单刀双掷开关提供正反转向控制，PC0=0时正 转，PC0=1为反转。
01H→03H→02H→06H→04H→05H→
…
（三）步进电机与微机的接口与程序设计 单片机与步进电机的接口电路用锁存器、可编程接口芯片 等。还需加接光电隔离器。驱动器可用大功率复合管或专用驱动 器。下图中用达林顿管驱动，某位为0时对应绕组通电。
下图加接光电隔离器，某位为1时对应绕组通电。
所要求步数为N，控制标志位为00H，（00H）=1时为正转。 三相双三拍控制子程序： ORG 0100H ROT1：MOV A，#N JNB 00H，LOOP2 LOOP1：MOV P1，#03H ；正转 ACALL DELAY DEC A JZ DONE MOV P1，#06H ACALL DELAY DEC A JZ DONE MOV P1，#05H ACALL DELAY DEC A JZ DONE
用计算机控制，以软件程序代替步进控制器的复杂硬件 电路，可大大提高经济性、可靠性、控制灵活性。控制正反转、 步进速度、步进数很方便。步进电机的单片机控制系统如下图 所示：
步进电机控制原理：脉冲序列的生成；转动方向的控制； 速度控制；步数控制。 以三相步进电机控制为例，设A、B、C三相绕组分别与 P1.0、P1.1、P1.2相连接。工作方式有： 三相单三拍：A→B→C→A→B→C→… 三相双三拍：AB→BC→CA→AB→BC→CA→… 三相六拍：A→AB→B→BC→C→CA→… 对应的控制模型分别为：01H→02H→04H→ … 03H→06H→05H→ …
S
（六）可控硅接口电路 可控硅（SCR）又叫作晶闸管，它在交直流电机调速系统、 调功系统，以及随动系统中都得到广泛应用。 1、单向可控硅 单向可控硅具有单向导通作用，其符号见下图，A为阳极， K为阴极，G为控制极。其工作特性与大功率场效应管有所不同， 其输出特性见下图所示。
2、双向可控硅 双向可控硅也叫三端双向可控硅，简称为TRIAC，在结构上 象是两个单向可控硅的反向连接，具有双向导通作用。对控制极G 加正（负）脉冲可使其正（反）向导通。 为提高效率，要求触发脉冲与交流电压同步，常采用检测交 流电过零点来实现。
（一）多路开关量信号输入接口技术
检测的开关量信号路数较多时可用可编程芯片，如一 片8255最多可输入24路开关信号。教材图2－17中用3片8255 扩充64路输入接口。 当输入开关量路数不很多时，可采用普通逻辑器进行 输入接口的扩充。教材图2－18用3片74LS244扩充24路输入 接口。
（二）光电隔离技术 光电隔离器（光电耦合器）种类繁多，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），常 用型号有4N25，TIL113，MOC3041等。 “电——光——电” 的联系方式。 下图为发光二极管/光敏三极管示意图。
（五）交流电机控制接口技术 微机与交流电机的接口技术注意：1、交流电有正、反两个 方向，要保证接口电路使电流正负两个周期都能通过；2、需加隔 离器。下图为采用固态继电器的交流伺服电机控制电路。 PC0，PC1控制电机的正反转和启停。
四、步进电机控制接口技术
（一）步进电机的工作原理 工作原理以三相步进电机为例，见下图：
（四）闭环脉冲宽度调速系统 闭环系统能提高电机PWM的调速系统的精度。它需 要在开环系统的基础上增加电机速度检测回路，把检测到的 速度值与给定值进行比较，再由数字调节器，如PID调节器 或直接数字控制器进行调节。 如下图所示为电机速度微机闭环控制系统的组成结构。 电机速度的测量有：测速发电机，光电码盘等。
LOOP2：MOV P1，#03H 反转 ACALL DELAY DEC A JZ DONE MOV P1，#05H ACALL DELAY DEC A JZ DONE MOV P1，#06H ACALL DELAY DEC A JNZ LOOP2 DONE： RET … DELAY：… …
三相六拍步进电机控制程序： ORG 8100H COUNT EQU 30H ROT2：MOV R2，COUNT ；设置总的运行步数 LOOP0：MOV R3，#00H ；一次循环中的步数 MOV DPTR，#POINT JNB 00H，LOOP2 LOOP1：MOV A，R3 MOVC A，@A+DPTR JZ LOOP0 MOV P1，A ACALL DELAY INC R3 ；下一步 DJNZ R2，LOOP1 RET
下图为一交流SSR控制单向交流控制电机的实例。 P1.0输出低电平时，SSR 1#导通， SSR 2#截止。
（五）大功率场效应管开关接口电路 大功率场效应管表示符号如下图所示，G为控制栅极，D为 漏极，S为源极。对于NPN型场效应管来说，G为高电平时，D、S 导通。在使用中场效应管前要加接光电隔离器。 下图为步进电机的控制电路。
控制系统软件设计：8155初始化；读入给定值N、方向控 制标志和启停控制标志。 流程图如下：
程序清单：
ORG 8000H START：MOV DPTR，#0FD00H ；8155控制口 MOV A，#01H MOVX @DPTR，A ；设置A口输出，B、C口输入 LOOP： MOV DPTR，#0FD02H ；8155 B口 MOVX A，@DPTR MOV 20H，A ；（20H）=N CPL A INC A MOV 21H，A ；（21H）=n-N，n=256 MOV DPTR，#0FD03H ；8155 C口 MOVX A，@DPTR JB ACC.1，STOP JB ACC.0，INVERT MOV A，#02H ；正转 OUTPUT：MOV DPTR，#0FD01H ；8155 A口 MOVX @DPTR，A
三、电机控制接口技术
电动机的应用非常广泛。电机分为动力电机和控制电机。 现代化生产对电机的性能要求越来越高：精度、速度、带 负载能力、灵活性、智能化等。 电机的控制用自动化控制设备，朝向集成化、微型化、智 能化方向发展。微机和单片机使电机控制产生革命性的飞跃。目 前已研制出了许多微机或单片机控制电机的系统及专用控制板。 不远的将来，智能化调速系统、电机一体化等会广泛应用。 （一）小功率直流电机调速原理 小功率直流电机的调速可通过控制电枢平均电压来实现。 用微机或单片机控制，通过改变电枢电压接通时间与通电周期的 比值（即占空比）来控制电机速度——此即脉冲宽度调制PWM。 电机转速由电枢电压Ua决定， Ua越大，电机转速越高。 电机通电时速度增加，断电时速度逐渐减小，控制通、断时间比 即可控制电机转速。 设电机全通电时的转速为Vmax，占空比为D=t1/T,则电机的 平均速度为：Vd=Vmax×D （近似的线性关系）
（三）电磁继电器输出接口技术 为触点式继电器，由线圈控制机械触点。线圈可由直流 低压控制，而触点输出部分可直接与高压相连。图中继电器为 常开型，其前面接有光电耦合器，二极管D为续流二极管。
（四）固态继电器（SSR）输出接口技术 SSR用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点，成为无 触点开关，在前级中与光电耦合器融为一体。 1、直流型 直流型SSR用晶体管作无触点开关。主要用于带直流负 载的场合，如直流电机控制，直流步进电机控制和电磁阀等。
（七）电磁阀接口技术 电磁阀对气体、液体管道的开关进行控制。广泛应用于液 压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。 电磁阀可分为交流和直流两类，根据其阀位和通道数目有 两位三通、两位四通、三位四通使用双向可控硅驱动或用一个直流继 电器作为中间继电器控制。