直流电机电路的仿真实验分析

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。
电刷ห้องสมุดไป่ตู้b N a
I F I
换向片
F
d T
n
c S – U +
图8-1 直流电机组成示意图
3
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
参考源代码为： #include <reg51.h> #include <intrins.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit K1=P3^0; //正转 sbit K2=P3^1; //反转 sbit K3=P3^2; //停止 sbit LED1=P0^0; sbit LED2=P0^1; sbit LED3=P0^2; sbit MA=P1^0; //A端电压 sbit MB=P1^1; //B端电压
参考源代码为： void main() { 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; } } }
第八讲 直流电机电路的仿真实验
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 直流电机控制电路的原理介绍 直流电机硬件电路的设计 软件编程实现电机电路的控制 电机电路在Proteus中的验证 电机转速控制电路的原理介绍 实例扩展
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，
Capacitors
Capacitors Miscellaneous
Generic
Generic －
RES
LED-RED
Resistors
Optoelectronics
Generic
LEDs
表8-1 元 件 清 单(续上 表) 元件名称 MOTOR-DC BUTTON 所属类 Electromechanical Switches & Relays － Switches 所属子类
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。
BC184
TIP31 TIP32
Transistors
Transistors Transistors
Bipolar
Bipolar Bipolar
2. 电路原理图
元件全部添加后， 在Proteus ISIS的 编辑区域中按图85所示的原理图连 接硬件电路。
图8-5 电路原理图
3、源程序的添加
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。
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。
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。
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2. 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
图8-6 电路运行过程
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。
制转速。
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8.2 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。
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。
8.4 电机电路在Proteus中的验证
8.4.1 Proteus电路设计
1. 元件清单列表
打开Proteus ISIS编辑环境，按表8-1所列的清单添加元件
表8-1 元 件 清 单 元件名称 AT89C51 所属类 Microprocessor ICs 所属子类 8051 Family
CAP
CAP-ELEC CRYSTAL