单片机在双电机中的应用分析
单片机控制电机的方式
单片机控制电机的方式单片机作为嵌入式系统的核心，广泛应用于各种控制领域。
其中，单片机控制电机是一个重要的应用领域。
本文将介绍单片机控制电机的方式，包括直流电机、步进电机、伺服电机三个方面。
一、直流电机控制1.1 单极性控制单极性控制是最简单的直流电机控制方式，它的电源和直流电机连接在一起，通过改变电源正负极之间的电压大小和方向来改变直流电机的转速和转向。
1.2 双极性控制双极性控制是一种更加高级的直流电机控制方式，它可以使直流电机实现正反转和调速。
1.3 PWM控制PWM控制是一种数字控制方式，它可以调节电源电压的有效值，从而改变直流电机的转速和转向。
PWM控制的理论基础是调制原理，通过改变PWM波的占空比来改变电机的输出功率，从而实现电机的调速和正反转。
二、步进电机控制步进电机是一种特殊的电机，它的转动是以步进的形式进行的，每一步的功率相等，稳定性和精度较高，被广泛应用于各种需要精密控制的领域。
步进电机的控制方式有以下几种：2.1 单相双极控制单相双极控制是最简单的步进电机控制方式，它可以使步进电机实现一定程度的正反转和调速，但是功率低，精度不高，适用于一些比较简单的应用场合。
2.2 双相驱动控制双相驱动控制是一种更加高级的步进电机控制方式，它分为单向驱动和双向驱动。
双向驱动比单向驱动更加灵活，可以实现更加复杂的控制功能。
2.3 微步驱动控制微步驱动控制是一种针对步进电机控制的高级技术，通过改变步进电机的每一步数来实现更加精确的控制。
目前，微步驱动控制已经被广泛应用于各种需要高精度控制的领域。
三、伺服电机控制伺服电机是一种在工业自动化中经常使用的电机，它具有速度反馈、位置反馈和转矩反馈等功能，可以实现高效、高精度的控制。
伺服电机的控制方式有以下几种：3.1 位置控制位置控制是一种使用最为广泛的伺服电机控制方式，它通过电机位置传感器反馈电机当前位置信息，从而实现定位和精确位置控制。
3.2 速度控制速度控制是伺服电机的另一种重要控制方式，它通过电机速度传感器反馈电机当前速度信息，从而实现高效的速度控制。
单片机的电机转速控制技术
单片机的电机转速控制技术近年来，随着电气自动化技术的快速发展，电机转速控制成为了各类工业自动化系统中的重要环节。
单片机作为控制系统中的核心部件，广泛应用于电机转速控制中。
本文将就单片机的电机转速控制技术进行探讨，旨在帮助读者更好地理解和应用这一技术。
一、引言电机转速控制是通过改变电机的输入电压或电流，来控制电机的转速。
而单片机则是将各种控制算法实现的关键。
单片机具有计算能力强、响应速度快、编程灵活等优点，使其成为电机转速控制领域的理想控制器。
二、单片机的电机转速控制原理单片机的电机转速控制原理主要包括电机驱动电路和控制算法两部分。
1. 电机驱动电路电机驱动电路是单片机和电机之间的桥梁，用于将单片机的输出信号转换为合适的电压或电流，从而驱动电机。
常见的电机驱动电路有直流电机驱动电路和交流电机驱动电路。
直流电机驱动电路一般采用PWM调速技术，通过控制PWM的占空比来改变电机的转速。
而交流电机驱动电路则多采用变频调速技术，通过改变电源的频率来控制电机的转速。
2. 控制算法控制算法是单片机控制电机转速的核心。
常见的控制算法有PID算法、模糊控制算法、遗传算法等。
PID算法是最常用的一种控制算法，它通过比较期望转速和实际转速之间的误差，计算出合适的控制量，从而使实际转速逐渐趋近于期望转速。
模糊控制算法通过建立模糊规则和模糊推理机制，根据当前转速和误差大小来决定控制量的大小。
模糊控制算法具有较好的鲁棒性，能够适应各种环境条件下的转速控制。
遗传算法则是一种进化算法，通过对种群的选择、交叉和变异等过程来寻找最优解，从而实现电机转速的精确控制。
三、单片机的电机转速控制实现单片机的电机转速控制实现主要包括硬件设计和软件编程两个方面。
1. 硬件设计硬件设计是根据具体的控制需求和要求，选择合适的电机驱动电路和周边电路，并进行电路设计和元件选型。
在硬件设计中，需要考虑电机的额定电流、功率、工作电压等参数，选择适当的驱动电路。
单片机在双电机定位系统中应用研究
确 保 引 Ｒ Ｔ 至 少 保 持 Ｚ个 机 器 周 期 的 高 电平 而 完 成 复 位 过 计数器来计数 ， 定电机 的实际位置 。也就是说光 电码盘的输 Ｓ脚 确 程 。 作 原 理 ， 电瞬 间 ，Ｓ 工 上 Ｒ Ｔ端 电压 与 Ｖ Ｃ相 同 ， 着充 电 电流 出要 触 发 单 片 机 Ｔ Ｃ 数 ，这 就 要 求触 发脉 冲 要 有 足 够 陡 的 Ｃ 随 ／ Ｏ计 的减 少 。 Ｓ 的 电位 逐 渐 下 降 。 要 Ｒ Ｔ端 有 足 够 长 的 时 间 的 上 升 沿 ， 波 形 并 不 是 标 准 的脉 冲 信 号 ， 的上 升 沿 坡 度 很 大 ， Ｒ Ｔ端 只 Ｓ 此 它 电压 在 阂 值 以上 就 可 以复 位 。 三、 电机 位 置检 测 电路 设 计 方 案 为 了得 到 足 够 陡 的 前 沿 脉 冲 信 号 ， 要 对 上 述 光 电 码 盘 输 出的 需 信 号 进 行 整 形 。已得 到较 理 想 的脉 冲 信 号 ， 触发 计 数 ， 需要 设 计
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【 关键词】单 片机 ； 电力控制 电路； ｉｅ ａ Ａｍｇｏ
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单片机电机控制
单片机电机控制引言：单片机作为一种集成电路芯片，广泛应用于各个领域，尤其在电机控制方面发挥着重要作用。
本文将介绍单片机在电机控制中的应用及相关知识，以及常见的控制方法和技术。
一、单片机在电机控制中的应用单片机在电机控制中的应用广泛，包括直流电机控制、步进电机控制、交流电机控制等。
通过单片机的控制，可以实现电机的启停、速度调节、方向控制等功能。
1. 直流电机控制：直流电机是一种常见的电机类型，广泛应用于各个领域。
单片机可以通过PWM信号控制直流电机的转速和方向。
通过改变PWM信号的占空比，可以控制直流电机的速度，通过改变PWM信号的正负脉冲，可以控制直流电机的正转和反转。
2. 步进电机控制：步进电机是一种精密控制的电机，常用于需要准确定位的应用中。
单片机可以通过控制步进电机驱动器的信号，实现步进电机的精确控制。
通过改变驱动器信号的频率和脉冲数，可以控制步进电机的转速和步距。
3. 交流电机控制：交流电机是一种常见的电机类型，广泛应用于各个领域。
单片机可以通过外部电路和传感器，获取交流电机的相关信号，从而实现对交流电机的控制。
常见的控制方法包括矢量控制、电流控制和速度控制等。
二、电机控制的常见方法和技术在单片机电机控制中，常见的方法和技术有PWM调速、PID控制、闭环控制等。
1. PWM调速：PWM调速是一种通过改变PWM信号的占空比来调节电机转速的方法。
通过改变占空比，可以改变电机的平均电压和平均功率，从而实现电机的调速功能。
PWM调速具有调速范围广、控制精度高的优点，在电机控制中被广泛应用。
2. PID控制：PID控制是一种比例、积分和微分控制的方法，常用于对电机速度和位置的控制。
通过测量电机的反馈信号和设定值，PID控制可以根据误差的大小来调整控制器的输出，从而实现电机的精确控制。
3. 闭环控制：闭环控制是一种通过反馈信号来调节电机控制器输出的方法。
通过测量电机的反馈信号，可以实时调整控制器的输出，从而实现对电机的精确控制。
单片机控制电机正反转接线方法及运用
如何用单片机控制电机正转、反转？电机在日常使用中需要正反转，可以说电机的正反转在广泛使用。
例如行车、木工用的电刨床、台钻、刻丝机、甩干机、车床等。
本文以大功率双路PWM直流电机驱动器驱动有刷直流电机为例，讲述如何用单片机控制直流电机正反转。
该驱动器可以同时控制两个电机正反转，可以使用一个单片机分别控制两个电机正反转，广泛应用于玩具、小车、机器人等项目，可以灵活控制小车等正、反转，控制方式简便、安全可靠，方便维护。
使用单片机控制电机转动的接线方法如图1所示。
单片机的电源与驱动板控制信号电源应共地，但不要与电机电源PGND共地。
当使用5V单片机时，驱动板+5V接电源+5V；当使用3.3V单片机时，驱动板+5V接电源+3.3V。
单片机和驱动板控制信号可共用一电源或各自独立供电（但一定要共地）。
ENA为与单片机的一个GPIO或PWM输出端口相连，当ENA为高电平时，驱动板使能，正反转或刹车有效，如果是PWM信号，那么可对电机进行调速；低电平时，驱动板禁能，电机接口无输出。
IN1和IN2与单片机的两个GPIO相连（可支持51单片机任意IO端口，无需上拉电阻），控制电机正反转及刹车，驱动逻辑见表1。
6.8-26V电源+5VIN1IN2GNDPGND9-24VMOUT2OUT1 ENA单片机IO1/PWM IO2IO3GND5V/3.3VVCC图错误！文档中没有指定样式的文字。
使用单片机控制电机转动接线示意图表错误！文档中没有指定样式的文字。
电机接口1控制信号逻辑此驱动器适用于有刷直流电机，可以同时控制两个电机工作。
第二路电机相关信号的连接方法于以上方式相同，此接线方式只需要使用一个单片机，即可分别控制两个电机的正、反转，操作方便灵活。
下图为有刷直流电机驱动器正面：。
电动机的单片机控制
定时器控制
单片机利用定时器产生一定频率的方波信号，通过改变方 波的占空比来控制电机的转速和方向。
直接数字控制
单片机通过读取编码器的位置信息，根据控制算法计算出 电机的目标位置和速度，然后输出相应的PWM信号或数 字信号来控制电机。
06
电动机单片机控制的优 势与挑战
优势分析
高效能与低成本
单片机控制能够实现电动机的高效能运行，同时降低能源消耗和生产 成本。
灵活性
通过编程，单片机可以灵活地控制电动机的各种参数，如转速、转向 和位置等，以满足不同的应用需求。
易于集成与扩展
单片机控制系统可以与其他电子设备集成，实现复杂的功能，并且方 便扩展和维护。
家用电器
用于空调、冰箱、洗衣 机等家电产品的驱动。
能源转换
用于风力发电、水力发 电等可再生能源设备的
驱动。
03
单片机基础知识
单片机的定义
总结词
单片机是一种集成电路芯片，它集成了中央处理器、存储器、输入输出接口等计 算机的基本功能，具有体积小、功耗低、可靠性高等优点。
详细描述
单片机是一种集成电路芯片，它包含了计算机的基本功能，如中央处理器、存储 器、输入输出接口等。单片机通常采用CMOS工艺制造，具有体积小、功耗低、 可靠性高等优点，广泛应用于工业控制、智能仪表、家用电器等领域。
单片机的应用
• 总结词：单片机具有广泛的应用领域，如智能仪表、工业控制、家用电器等。通过编程和外部电路的配合，单 片机可以实现各种智能化控制和管理功能。
• 详细描述：单片机具有广泛的应用领域，如智能仪表、工业控制、家用电器等。在智能仪表领域，单片机可以用于实现各种测量和控制功能，如温度、压力、流量等参数的测量和显示。 在工业控制领域，单片机可以用于实现自动化生产线的控制和管理，如流水线上的物料检测、搬运、加工等环节的控制。在家用电器领域，单片机可以用于实现各种智能化功能，如智 能电视、智能冰箱、智能空调等。通过编程和外部电路的配合，单片机可以实现各种智能化控制和管理功能，提高设备的自动化水平和使用体验。
基于智能车的后轮双电机差速的研究与应用
基于智能车的后轮双电机差速的研究与应用刘刚【摘要】针对飞思卡尔智能车竞赛的C型车模,前轮舵机转向,后轮双电机差速,用电控方式对此车模后轮的双电机进行差速控制,满足Ackermann转向原理,在原差速转向基础上进行了改进,并提出了一种阿克曼式差速PID公式,也给出一套对差速参数的整定方案,使双电机差速应用简单化,让电动智能汽车转向性能得到较大的提高.【期刊名称】《电子制作》【年(卷),期】2015(000)013【总页数】2页(P88-89)【关键词】双电机驱动;智能车;阿克曼式差速PID;电子差速【作者】刘刚【作者单位】安徽工业大学电气与信息工程学院【正文语种】中文在车速极低，且不考虑汽车质心侧偏、横摆角，以及路面情况变化和侧风等情况下，可以参考阿克曼（Ackerman)转向几何学原理，如图1。
可以看到汽车在转弯时，内、外侧后轮行驶距离不同，而两者行驶时间却相同，因此两者时间存在差速问题。
图1 阿克曼转向几何图2 MOS管驱动电路传统汽车使用机械差速器来完成差速，机械差速器的基本运动规律是：无论转弯或直行，两侧驱动车轮的转速之和始终等于差速器壳转速的2倍。
常用的对称式锥齿轮差速器，其内摩擦力矩很小，实际上可以认为无论左右驱动轮转速是否相等，两边扭矩总是平均分配，这样的分配比例对于车辆在良好路面上直行或转弯时，其运行状态都是满意的，但并不可人为自由调节达到最佳状态。
最近几年，世界各地都在研究电动汽车，而在电动汽车中，由于使用两台电机直接驱动后轮，不用安装机械差速器，但是在转弯时面临着差速问题。
因此如何解决电动汽车转弯时的差速问题，成为电动汽车发展的关键问题。
本文以智能车比赛C车模为基础，搭建双电机驱动，用kinetic系列单片机控制，让电子差速在理论与实践中的应用恰到好处。
1 双电机驱动电路的设计差速需要在低速与高速的不同行驶环境下才能看到效果，因此为了满足车速要求，所选驱动必须能承受大电流用以驱动不同的车速变化和正反转变化。
单片机与电机驱动器的接口技术及应用
单片机与电机驱动器的接口技术及应用1. 引言单片机与电机驱动器的接口技术在现代电子设备中起着至关重要的作用。
单片机作为一种微型计算机芯片，常用于控制各种电子设备的运行。
而电机驱动器则用于驱动电机进行特定的转动或控制。
本文将深入探讨单片机与电机驱动器的接口技术以及应用，包括常见的接口类型、接口电路设计和接口应用。
2. 单片机与电机驱动器的接口类型单片机与电机驱动器之间的接口类型可以根据应用的需求选择。
常见的接口类型包括并行接口、串行接口和模拟接口。
2.1 并行接口并行接口是指单片机与电机驱动器之间同时传输多位数据的接口。
这种接口通常使用多个引脚进行数据传输，具有较高的传输速率和实时性。
并行接口操作相对简单，适用于控制高速运动的电机。
2.2 串行接口串行接口是指单片机与电机驱动器之间逐位传输数据的接口。
这种接口通常使用较少的引脚进行数据传输，传输速率较低但适用于长距离传输。
串行接口可以采用SPI、I2C、UART等通信协议，根据具体需求选择合适的协议。
2.3 模拟接口模拟接口是指单片机通过模拟电压信号与电机驱动器进行通信的接口。
通常采用模拟输入输出方式，通过模拟信号控制电机的转速和方向。
模拟接口适用于一些特殊的电机控制需求，如无刷直流电机等。
3. 单片机与电机驱动器的接口电路设计接口电路设计是确保单片机与电机驱动器之间正常通信的关键。
以下是一个基本的接口电路设计示例。
3.1 电源电压匹配单片机与电机驱动器的电源电压需要匹配，确保电路正常工作。
如果电源电压不匹配，会导致电机不能正常驱动或单片机工作不稳定。
因此，在接口电路设计中需要注意选择适合的电源电压。
3.2 电平转换电路单片机通常使用的是TTL电平（0V和5V），而电机驱动器可能使用不同的电平标准，如CMOS（0V和3.3V）。
为了确保信号的正常传输，需要使用电平转换电路将单片机输出的电平转换为电机驱动器所需的电平标准。
3.3 电流放大电路单片机的输出电流很小，无法直接驱动电机。
电动机的单片机控制
电动机的单片机控制电动机调速系统可分成三大部分;即控制、驱动、反馈;一、单片机在电动机控制中主要作用1、PWM口广泛地应用在直流电动机控制中,它一经初始化设定后自动发出PWM控制信号,CPU只是在需要调整参数时才介入;2、新型单片机的捕捉功能在电动机控制中用于测频;它相当于老式单片机中用计数器与外中断联合测频功能;3、电动机是一个电磁干扰源,除了采用必要的隔离、屏蔽和电路板合理布线等措施外,看门狗的功能就会显得格外重要;看门狗在工作时不断地监视程序运行的情况;一旦程序“跑飞”,会立刻使单片机复位;4、功率集成电路是电力电子技术与微电子技术相结合的产物;它将半导体功率器件与驱动电路、逻辑控制电路、检测与诊断电路、保护电路集成在一块芯片上,使功率器件含有某种智能功能;二、机电传动系统的动力学基础1、反抗转矩的特点是：转矩的方向总是与转速的方问相反;当运功方向改变时．转矩的方向也改变．它总是阻碍运动进行;因摩擦和非弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所产生的负载转矩都属于反抗转矩;例如．机床加工过程中所产个的负载转矩就是反抗转矩;2、位能转矩则不同．位能转矩的作用方向恒定不变;与运动方向无关;它是由物体的重力和弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所产生的负载转矩;位能转矩在某方向阻碍运动,在相反方向却促进运动;起重机起吊重物时,由于重力的作用方向总是指向地心的．所以它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向;3、电力拖动系统的稳定运行有两种含义：第一是应能以一定的速度匀速运转；第二是系统受到某种外部干扰如电压波动、负载转矩波动等使转速稍有变化时,应保证干扰消除后仍能以原来的转速运行;要做到第一点;就必须使电动机的电磁转矩与负载转矩大小相等,方向相反,相互平衡;这就意味着电动机的机械特性曲线与工作机械的特性曲线有—个交点;但是,有交点只是保证系统稳定的必要条件,它的充分条件是这个交点必须是稳定的平衡点;电力拖动系统稳定运行的必要充分条件是：①、电动机与工作机械的机械特性曲线要有一个交点;②、在这个交点对应的转速之上,必须要保证T＜T Z；而在这个交点对应的转速之下要保证T＞Ｔ;Ｚ三、常用的电力电子器件１、典型驱动电路⑴、EXＢ840它主要由输入隔离电路、驱功放大电路、过流检测及保护电路以及电源组成;ＥＸＢ840的引脚定义如下：引脚1用于连接反偏置电源的滤波电容；引脚2和引脚9分别是电源和地；引脚3为驱动输出；引脚4用于连接外部电容器,以防止过流保护误动作一般场合不需要这个电容；引脚5为过流保护输出；引脚6为IＧＢＴ集电极电压监视端；引脚14和引脚15为驱动信号输入端；其余引脚不用;ＥＸＢ840集成电路驱功IGBT的典型应用电路：2、M57962L集成电路四、单片机对电动机控制的支持1、Ｃ8051用于控制电动机时的输入输出端口设置在I／o口Po、P1、P2与内部资源之间是使用交叉开关进行连接的;当需要将某些内部资源与I／o引脚相连接时．必须通过交叉开关控制寄存器xBRo、xBRl、xBR2进行设置;设置交叉开关控制寄存器XBRo、xBRl、xDR2的作用是：确定被选择的资源;这些被选择的资源分配到哪些I／o引脚上去,则由交叉开关优先表根据排列的优先顺序来确定;2、电动机控制中的模／数转换在C805l中的实现AＤＣ可编程窗口检测器在电动机控制应用中非常有用;它不停地、自动地将AD c输出与用户编程的极限值进行比较;并在检测到越限条件时通知系统控制器;3、电动机控制中的PWM和测频在C8051中的实现在有刷和无则直流电动机的控制中．需要使用脉宽调制PwM技术,通过调节PwM信号的占空比来实现调速;因此,PwM波发生器在直流电动机的控制中是不可缺少的;此外,电动机控制中还经常需要对输出的频率信号进行测频例如,光电编码盘的输出,交流电动机控制中sPwM频率的测试等．实现测频的最简苹的方法是使用捕捉功能;c805l单片机有PwM功能和捕捉功能;这些功能都包含在一个称为可编程计数器列阵PcA当中;PcA除了有PwM功能和捕捉功能外,还有比较功能和高速输出功能;五、电动机控制中常用的位移、角度、转速检测传感器1、光栅位移检测传感器2、光电编码盘角度检测传感器编码盘方向的辨别经过放大整形后的A、B两相脉冲分别输入到D触发器的D端和cP端．如图5—15a所示;因此,D触发器的cP端在A脉冲的上升沿触发;由于A、Ｂ脉冲相位相差90O;当正转时,Ｂ脉冲超前Ａ脉冲90O;触发器总是在Ｂ脉冲处于高电平时触发,如图5—１５b所示,这时Q＝１．表示正转;当反转时．A脉冲超前Ｂ脉冲90O．触发器总是在Ｂ处于低电平时触发,这时Q＝０,表示反转;A、Ｂ脉冲的另一路经与门后．输出计数脉冲;这样,用Ｑ或Ｑ非控制可逆计数器是加计数还是减计数．就可以使可逆计数器对计数脉冲进行计数;Ｃ相脉冲接到计数器的复位端．实现每转动一圈复位一次计数器;这样．无论是正转还是反转,计数值每次反映的都是相对与上次角度的增量,形成增量编码;3、测速发动机六、模拟PID控制原理在模拟PID控制器中,比例环节的作用是对偏差瞬间作出快速反应;偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方向变化;控制作用的强弱取决于比例系数Kp,K P越大,控制越强,但过大的K P会导致系统振荡,破坏系统的稳定性;由式4—2可见．只有当偏差存在时,第一项才有控制量输出;所以,对大部分被控制对象如直流电机的调压调速,要加上适当的与转速和机械负载有关的控制常量u o否则,比例环节将会产生静态误差;积分环节的作用是把偏差的积累作为输出;在控制过程中,只要有偏差存在,积分环节的输出就会不断增大;直到偏差et＝o,输出的ut才可能维持在某一常量,使系统在给定值rt不变的条件下趋于稳态;因此,即使不加控制常量u o,也能消除系统输出的静态误差;积分环节的调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量;积分常数T I越大,积分的积累作用越弱;增大积分常数T I会减慢静态误差的消除过程,但可以减少超调量,提高系统的稳定性;所以,必须根据实际控制的具体要求来确定T I;实际的控制系统除了希望消除静态误差外,还要求加快调节过程;在偏差出现的瞬间,或在偏差变化的瞬间,不但要对偏差量作出立即响应比例环节的作用,而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正;为了实现这一作用．可在PI控制器的基础上加入微分环节,形成PID控制器;微分环节的作用是阻止偏差的变化;它是根据偏差的变化趋势变化速度进行控制;偏差变化得越快,微分控制器的输出就越大,并能在偏差值变大之前进行修正;微分作用的引入,将有肋于减小超调量,克服振荡,使系统趋于稳定．特别对高阶系统非常有利,它加快了系统的跟踪速度;但微分的作用对输人信号的噪声很敏感,对那些噪声较大的系统一般不用微分,或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波;适当地选择微分常数T D,可以使微分的作用达到最忧;七、直流电动机调速系统1、PwM调速原理占空比a表示了在一个周期T里,开关管导通的时间与周期的比值;a的变化范围为o≤a≤1;由式6—2可知,当电源电压Us不变的情况下,电枢的端电压的平均值Uo取决于占空比a的大小,改变a值就可以改变端电压的平均值,从而达到调速的目的,这就是PwM调速原理;在PwM调速时,占空比a是一个重要参数;以下3种方法都可以改变占空比的值;1定宽调频法这种方法是保持t1不变,只改变t2,这样使周期T或频率也随之改变;2调宽调频法这种方法是保持t2不变,而改变t1,这样使周期T或频率也随之改变;3定频调宽法这种方法是使周期T或频率保持不变,而同时改变t1和t2;前2种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期或频率；当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此这2种方法用得很少;目前,在直流电动机的控制中,主要使用定频调宽法;PwM控制信号的产生方法有4种;1分立电子元件组成的PwM信号发生器这种方法是用分立的逻辑电子元件组成PwM信号电路,现已被淘汰了;2软件模拟法利用单片机的一个I／O引脚,通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PwM波输出;这种方法要占用cPu大量时间,使单片机无法进行其他工作,因此也逐渐被淘汰;3专用PWM集成电路从PwM控制技术出现之日起,就有芯片制造商生产专用的PwM集成电路芯片,现在市场上已有许多种;这些芯片除了有PWM信号发生功能外,还有“死区”调节功能、保护功能等;在用单片机控制直流电动机中,使用专用PwM集成电路可以减轻单片机负担、工作更可靠;4单片机的PwM口新一代的单片机增加了许多功能,其中包括PWM功能;单片机通过初始化设置,使其能自动地发出PwM脉冲波;只有在改变占空比时CPUu才进行干预;后2种方法是日前PwM信号获得的主流方法;2、直流电动机的不可逆PWM系统直流电动机PwM控制系统有可逆和不可逆系统之分;可逆系统是指电动机可以正反两个方向旋转；不可逆系统是指电动机只能单向放转;对于可逆系统,又可分为单极性驱动和双极性驱动两种方式;单极性驱动是指在一个PWM周期里,作用在电抠两端的脉冲电压是单一极性的；双极性驱动则是指在一个PwM周期里,作用在电枢两端的脉冲电压是正负交替的;1无制动的不可逆PwM系统电动机的电枢电流不能反向流动,因此它不能工作在制动状态;2有制动的不可逆PwM系统系统增加了一个开关管V2,只在制动时起作用;开关管v1、v2的PwM信号电平方向相反;3、直流电动机双极性驱动可逆PWM系统在每个PwM周期里,当控制信号Ui1高电平时．开关管vl、v4导通,此时Ui2为低电平．因此v2、v3截止,电枢绕组承受从A到B的正向电压；当控制信号Ui1低电平时,开关管vl、v4截止,此时ui2为高电平．因此v2、v3导通,电枢绕组承受从B到A的反向电压;这就是所谓的“双极”;由于在一个PwM周期里电枢电压经历了正反两次变化．因此其平均电压uＯ,可用下式决定：由式6—3可见,双极性可逆PwM驱动时,电枢绕组所受的平均电压取决于占空比ａ大小;当ａ＝o时,uo＝－Ｕｓ,电功机反转．且转速最大；当ａ＝1时．uo ＝Ｕｓ,电动机正转,转速最大,当ａ＝l／2时,uo＝o,电动机不转;虽然此时电动机不转．但电抠绕组中仍然由交变电流流动,使电动机产生高频振荡,这种振荡有利于克服电动机负载的静摩擦,提高动态性能;当电动机在轻载下工作时,负载使电枢电流很小,电流波形基本上围绕横轴上下波动,电流的方向也在不断地变化,如图6—9c所示;在每个PwM周期的o—ｔ１区间．Ｖ２、Ｖ３截止;开始时,由于自感电动势的作用,电枢中的电流维持原流向——从Ｂ到A,电流线路如图6—8中虚线4,经二极管D4、D１到电源,电动机处于再生制动状态;由于二极管的D４、D1钳位作用,此时v1、v4不能导通;当电流衰减到零后,在电源电压的作用下,v1、v4开始导通;电流经V１、V4形成回路,如图6—8中虚线1;这时电枢电流的方向从A到Ｂ．电动机处于电动状态;在每个PwM周期的ｔl＿＿ｔ2区间,vl、v４截止;电枢电流在自感电动势的作用下继续从A到B,其电流流向如图6—8中虚线2．电动机仍处于电动状态;当电流衰减为零后v2、vI开始导通,电流线路如图6—8中的虚线3,电动机处于反接制动状态;所以,在轻载下工作时,电动机的工作状态呈电动和制动交替变化;4、直流电动机单极性驱动可逆PWM系统图6—14是受限单极可逆PwM驱动系统;它与双极可逆系统的驱动电路相同,只是控制方式不同;在要求电动机正转时,开关管vl受PwM控制信号控制,开关管v4施加高电平使其常开；开关管v2、v3施加低电平,使它们全都截止;如图6—14所示的状态;在要求电动机反转时．开关管v3受PwM控制信号控制,开关管v2施加高电平使其常开；开关管v1、v４施加低电平,使它们全都截止;八、交流异步电动机变频调速系统SPWM波发生器SA4828芯片九、步进电动机的单片机控制由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既非常简单、廉价,又非常可靠;同时．它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统;步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比,因此;当它转一转后．没有累计误差,具有良好的跟随型;步进电动机只能通过脉冲电源供电才能运行;它不能直接使用交流电源和直流电源;1、按A—B—C —A顺序轮流给各相绕组通电,磁场按A—B—C方向转过了3600;转子则沿相同方向转过—个齿距角;绕组通电一次的操作称为一拍,转子每拍走一步,转子走一步所转过的角度称为步距角：2、细分驱动细分步法是将步进电动机绕组中的稳定电流分成若干阶级,每进一步时,电流升一级;同时．也相对地提高步进频率,使步进过程平稳进行;步进电动机各相绕组的电流是按照工作方式的节拍轮流通电的;绕组通电的过程非常简单,即通电——断电反复进行;现在我们设想将这一过程复杂化一些,例如,每次通电时电流的幅值并不是一次升到位;而是分成阶级,逐个阶级地上升；同样海次断电时电流也不是一次降到0,而是逐个阶级地下降;如果这样做会发生什么现象我们都知道,电磁力的大小与绕组通电电流的大小有关;当通电相的电流并不马上升到位,而断电相的电流并不立即降为0时,它们所产生的磁场合力;会使转子有一个新的平衡位置,这个新的平衡位置是在原来的步距角范围内;也就是说,如果绕组中电流的波形不再是一个近似方波,而是一个分成N个阶级的近似阶梯波,则电流每升或降一个阶级时．转于转动一小步;当转子按照这样的规律转过N 小步时,实际上相当于它转过一个步距角;这种将一个步距角细分成若干小步的驱动方法,就称为细分驱动;细分驱动使实际步距角更小了,可以大大地提高对执行机构的控制精度;同时．也可以减小或消除振荡、噪声和转短矩动;目前,采用细分技术已经可以将原步距角分成数百份;恒频脉宽调制细分驱动电路：恒频脉宽调制细分驱动电路如图8—20a所示;单片机是控制主体;它通过定时器To输出20 kHz的方波,送D触发器,作为恒频信号;同时,输出阶梯电压的数字信号到D／A转换器．作为控制信号．它的阶梯电压的每一次变化,都使转子走一细分步;恒频脉宽调制细分电路工作原理如下：当D／A转换器输出的ua不变时,恒频信号cLK的上升沿使D触发器输出ub高电平．使开关管Tl、T2导通,绕组中的电流上升,取样电阻Rz上压降增加;当这个压降大于ua时,比较器输出低电平,使D触发器输出ub低电平．Tl、T2截止,绕组的电流下降;这使得Rz上的压降小于ua,比较器输出高电平,使D触发器输出高电平,T1、T2导通,绕组中的电流重新上升;这样的过程反复进行,使绕组电流的波顶锯齿形;因为cLK的频率较高,锯齿形波纹会很小;当ua上升突变时,取样电阻上的压降小于ua,电流有较长的上升时间,电流幅值大幅增长．上升了一个阶级,如图8—20b所示;同样,当ua下降突变时,取样电阻上的压降有较长时间大于ua,比较器输出低电乎,CLK的上升沿即使使D触发器输出1也马上被清0;电源始终被切断．使电流幅值大幅下降,降到新的阶级为止;以上过程重复进行;ua的每一次突变,就会使转子转过一个细分步;ucN5804B集成电路芯片适用于四相步进电动机的单极性驱动：图8—21是这种芯片的一个典型应用;结合图8—21可以看出芯片的各引脚功能为：4、5、12、13脚为接地引脚,1、3、6、8脚为输出引脚,电动机各相的接线如图；14脚控制电动机的转向,其中低电乎为正转,高电平为反转；11脚是步进脉冲的输入端；9、10脚决定工作方式;3、步进电动机的单片机控制1控制换相顺序2控制步进电动机的转向3控制步进电动机的速度脉冲的频率决定了步进电动机的转速;步进电动机的速度控制通过控制单片机发出的步进脉冲频率来实现;对于图8—22所示的软脉冲分配方式,可以采用调整两个控制字之间的时间间隔来实现调速;对于图8—23所示的硬脉冲分配方式,可以控制步进脉冲的频率来实现调速;第一种是通过软件延时的方法;改变延时的时间长度就可以改变输出脉冲的频率；但这种方法使cPu长时间等待,占用大量机时,因此没有实用价值;第二种是通过定时器中断的方法;在中断服务子程序中进行脉冲输出操作．调整定时器的定时常数就可以实现调速;这种方法占用cPu时间较少,在各种单片机中部能实现,是一种比较实用的调速方法;4、脉冲分配1通过软件实现脉冲分配2通过硬件实现脉冲分配8713脉冲分配器与单片机的接口例子如图8—23所示,本例选用单时钟输入方式,8713的3脚为步进脉冲输入端,4脚为转向控制端,这两个引脚的输入均由单片机提供和控制;选用对四相步进电动机进行八拍方式控制,所以5、6、7脚均接高电乎;5、步进电动机的运行控制1步进电动机的位置控制需要两个参数;第一个参数是步进电动机控制的执行机构当前的位置参数,我们称为绝对位置;绝对位置是有极限的,其极限是执行机构运动的范围,超越了这个极限就应报警;第二个参数是从当前位置移动到目标位置的距离,我们可以用折算的方式将这个距离折算成步进电动机的步数;这个参数是外界通过键盘或可调电位器旋钮输入的,所以折算的工作应该在键盘程序或A／D转换程序中完成;2步进电动机的加、减速控制十、无刷直流电动机1、工作原理无刷直流电动机是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关线路3部分组成．无刷直流电动机为了去掉电刷．将电枢放到定子上去．而转子做成永磁体,这样的结构正好与普通直流电动机相反；然而,即使这样改变还不够,因为定子上的电枢通入直流电以后,只能产生不变的磁场,电动机依然转不起来;为了使电动机的转子转起来．必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电;这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化,使定子磁场与转子永磁磁场始终保持900左右的空间角,产生转矩推动转子旋转;图9—9是三相无刷直流电动机的工作原理因;采用光电式位置传感器,电动机的定子绕组分别为A相、B相、c相,因此,光电式位置传感器上也有3个光敏接收元件vl、vz、v3与之对应;3个光敏接收元件在空间上间隔1200,分别控制3个开关管vA、vB、vC本例为半桥式驱动,只用3个开关管;这3个开关管则控制对应相绕组的通电与断电;遮光板安装在转子上,安装的位置与图中转子的位置相对应;为了简化,转于只有一对磁极;当转子处于图9—l0a所示的位置时,遮光板遮住光敏接收元件v2、v3,只有v1可以透光;因此,V1输出高电平使开关管vA导通．A相绕组通电．而B、c两相处于断电状态;A相绕组通电使定子产生的磁场与转子的永磁磁场相互作用．产生的转矩推动转子逆时针转动;当转子转到图9—10b的位置时,遮光板遮住vl,并使v2透光;因此,v1输出低电乎使开关管V A截止,A相断电;同时,V2输出高电平使开关管vB导通,B相通电,c相状态不变;这样由于通电相发生了变化,使定子磁场方向也发生了变化,与转子永磁磁场相互作用,仍然会产生与前面过程同样大的转矩．推动转子继续逆时针转动;当转子转到图9—l0c的位置时,遮光板遮住V2,同时使v3透光;因此,B相断电、c相通电,定子磁场方向又发生变化,继续推动转子转到图9—10d的位置,使转子转过一周又回到原来位置;如此循环下去,电动机就转动起来了;2、无刷直流电动机的单片机控制c805l的P1口作为输出口,通过驱功器7407控制全桥驱动电路上桥臂的P沟道MOSFETV1、V3、V5．通过与门7409控制下桥臂的N沟道MoSFETV4、V6、V2;C8051的Po．o作为PWM输出门．控制电动机的转速;Po．1一P0．6作为输入口．连接位置传感器输出的控制信号;c8051的所有输出口都接上拉电阻．与5v负载电平相匹配;1．换相控制本例中采用三相全桥星形联结也可以采用三相全桥角形联结;不管使用二二导通方式还是三三导通方式．都有6种导通状态,转了每转600换—种状态;导通状态的转换通过软件来完成;软件控制导通状态转换飞常简单．即根据位置传感器的输出信号H1、H2、H3,不断地取相应的控制字送P1口来实现;因此;如果采用霍尔式位置传感器,根据P1口与MosFET管的连接关系;2．转速控制无刷直流电动机的转速控制原理与普通直流电动机一样．可以通过PwM方法来控制电枢的通电电流．实现转速的控制;本例中,通过c8051的PwM口,控制3个与门7409的B输入端;当PWM口输出低电平时．使与门7409输出低电平,开关电路的MOSFET管v4、v6、v2被封锁；当PwM口输出高电平时,与门7409的输出状态取决于单片机的控制字,MOsFET管v4、v6、v2的导通与截止按正常换相状态进行;由于采用了PwM口．单片机可以自动地输出PwM波．减轻了单片机的负担;3．转向控制只要改变开关管通电顺序就可以实现电动机的反转; 转向的控制可通过软件来完成的,通过送反转控制字到P1即可;4．启动限流控制图9—25的限流电路是由采样电阻R和比较器LM324硬件组成;当电动机启动时,启动电流增大,在采样电阻R上的压降增大,当压降等于给定电压u0时,比较器LM324输出低电平,使MosFET开关管v4、v6、v2被关断,R上的电流迅速减小;R上的压阵也减小,当压降降到小于给定电压u0时,比较器输出高电乎,使M0sFET刀：关管v4、v6、v2恢复正常的通断顺序;如此下去,电流被限制在u0／R上下,达到限流的目的;。
单片机的电机功率控制技术
单片机的电机功率控制技术单片机（Microcontroller Unit，MCU）作为嵌入式系统的核心部件，被广泛应用于各种电子设备中。
在众多应用中，电机功率控制技术是其中重要的一部分。
本文将介绍单片机电机功率控制技术的原理和应用。
一、电机功率控制技术的原理电机功率控制技术旨在通过对电机供电进行调节，达到控制电机输出功率的目的。
传统的电机功率控制方法主要依靠开关电源、变频调速等手段实现。
而基于单片机的电机功率控制技术，通过调整PWM信号的占空比，实现对电机的精确控制。
单片机作为控制核心，通过与电机驱动电路、功率电路直接相连，实现对电机供电的精确调控。
通过调整单片机输出的PWM信号的占空比，可以控制电机的速度、转矩和功率。
二、电机功率控制技术的应用1. 电动机驱动系统单片机的电机功率控制技术广泛应用于各种电动机驱动系统中。
例如，汽车电动车窗的升降系统、空调室外机的风扇控制、机械手臂的电机控制等。
在这些应用中，单片机通过接收来自传感器的反馈信号，实时调整PWM信号的占空比，控制电机的功率输出。
通过精确的控制，可以实现电机的高效工作，并满足系统对速度、转矩和功率的要求。
2. 电机调速系统单片机的电机功率控制技术在电机调速系统中也得到了广泛应用。
例如，电动车辆中的电机调速系统、电动工具中的电机调速系统等。
通过单片机对PWM信号进行调节，电机的转速可以精确控制。
在电机调速系统中，单片机可以根据要求调整电机的输出功率，实现对电机转速的精确控制。
三、单片机电机功率控制技术的优势相比传统的电机功率控制方法，单片机电机功率控制技术具有以下优势：1. 精确控制：通过调节PWM信号的占空比，可以实现对电机功率的精确控制，满足系统的要求。
2. 反馈控制：单片机可以接收来自传感器的反馈信号，实时调整电机的功率输出。
通过反馈控制，可以使系统对电机的控制更加精确和稳定。
3. 低成本：与传统电机功率控制方法相比，单片机电机功率控制技术的硬件成本相对较低。
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单片机在双电机中的应用分析
摘要：双电机定位是指在空间两个垂直方向上各放置一个电机，通过电机运转来带动执行机械。
就单片机在双电机定位系统中应用进行分析，就电机控制电路设计进行重点分析。
关键词：单片机；电力控制电路
1单片机简介
单片机具有集成度高、功能强、结构合理、抗干扰性强和指令丰富的特点，它的应用打破了传统的设计思想，原来很多用模拟电路、脉冲数字电路、逻辑部件来实现的功能，现在都可通过软件来完成。
ATMEL公司于1997年研发并推出了全新配置的、采用精简指令集RISC结构的新型单片机，简称单片机。
在A VR 家族中，Atmega8是一个非常特殊的单片机，它的芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具有A VR高档单片机系列的MEGA全部性能和特点，但由于采用了小引脚封装(为DIP28和TQEP/MLF32)。
所以其价格仅与低档单片机相当，成为具有极高性价比、深受广大用户喜爱的单片机。
2单片机系统的硬件设计
单片机系统主要完成给定的输入，两路控制脉冲的输出，调速电压的控制信号RWM波的输出，还有对反馈脉冲的输入。
具体的是单片机通过通用异步串行通讯口，接收上位机来自图像处理器的目标数据，然后单片机在其内部转化成相应的控制信号，并输出给它的下一缀，也即主电路，从而控制电机的正反转和启停。
同时单片机还要完成PWM波的输出，控制斩波电路，从而控制电机两端的电压。
进而控制电机的转速。
当电机转动起来以后，单片机要实时检测来自光电码盘的反馈脉冲。
并与目标值(给定值)相比较，决定关闭输出的时刻。
2.1单片机系统的时钟振荡电路
Atmega8的XATU和XATL2引脚分别是片内振荡器的反相放大器输入、输出端。
可在外部连接一个石英晶体或陶瓷振荡器，组成系统的时钟源。
无论外接使用的是石英晶体还是陶瓷振荡器，电容Cl和c2的值总是相等的。
本系统中电
容C1，c2的值选择为30pF。
其中，+5V的电源接到了单片机的电源输入端。
同时单片机的电源输入端还外接了一个电容。
然后接地，这样设计的目的是为了防止外接干扰信号对单片机的电源产生影响，因为电源电压的波动会影响到单片机输出口输出的高电平的电压大小，也就影响了单片机输出的控制信号，从而影响到后级电路。
这样设计也是硬件可靠设计的一个方面。
2.2单片机复位电路
单片机的复位方式有上电复位和手动按键复位2种。
复位电路中的电阻。
电容数值的设置，是为了确保引RST脚至少保持z个机器周期的高电平而完成复位过程。
工作原理，上电瞬间，RST端电压与VCC相同，随着充电电流的减少。
RST端的电位逐渐下降。
只要RST端有足够长的时间的电压在阂值以上就可以复位。
3 电机位置检测电路设计方案
对电动机的控制可以分为开环系统和闭环系统两大类。
开环系统比较简单，能够满足一般的控制要求，闭环系统则用于精度控制的要求。
由于本系统工作的环境范围只是在一个有限的，且相对很小的空间里，所以对电机转过的圈数(确切地说是电机实际角位移量)的精度要求比较高。
实现对这些物理量的精确控制，就必须通过精度较高的检测传感器对这些物理进行检测，将检测的结果转换成数字量，反馈给单片机，通过单片机对这些数进行处理，处理的结果作为控制量对电机进行控制，从而实现了闭环控制。
在本系统中，对电机位置的检测，可以说是系统的一个非常重要的环节，因为它直接决定电机的实际转数。
确切的说。
电机的实际转数又决定了执行器件也即摄像头的位置。
也就是本系统二维定位的中心环节。
所以如何设计电机位置检测与反馈环节，是本文的一个重点。
4自制光电码盘
基于对电动机角位移要求较高的设甘要求，控制系统必须是个闭环控制系统。
以满足系统的整体设计要求。
但是如何对电动机实际角位移进行实时检测，并把检测到的实际角位移量反馈给单片机，这也是本次设计的一个比较重要的硬件设计。
在此情况下自制的光电码盘便应运而生。
4.1光电码盘的制作
光电编码盘角度检测传感器是一种广泛应用的编码式数字传感器，它将测得的角位移转换为脉冲形式的数字信号输出。
光电编码盘角度检测传感器可分为两种绝对式光电编码盘和增量式光电编码盘。
绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制葛莱码方式进行光电转换的。
绝对式缩码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光，不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。
本系统采用的是增量式光电编码盘，当轴旋转时，在码盘的两侧分别安装光源和光敏元件，当码盘转动时。
光源经过透光和不透光区域，相应地，每条码道将有一系列不规则脉冲信号从光敏元件输出。
这样码道上有多少缝晾。
当码盘旋转一圈时，就会有多少个这种不规则脉冲输出。
电动机转子所转过的角度即可通过自制的光电编码盘检测到，并以脉冲的形式反馈给单片机，在单片机中一记录下来。
以便我们进行更为精确的位置计算。
4.2光电码盘系统的原理
穿插在光电传感器中间的，表示的码盘的一部分，码盘中间一段颜色较浅的部分表示的是码盘上的孔。
发光二极管发出的光可以透过码盘上的孔照射到光敏三极管的基极。
光敏三极管基极接收到光信号之后导通，输出电压信号。
这样当电机带动码盘旋转时，当码盘转到圆孔时则透光，光敏三极管可以接收到信号，光电传感器的输出端便有电压信号输出，当码盘旋转到它不透光的部位，也就是没有孔的地方。
对准光电传感器时，光敏三极管就收不到光信号，因而输出端没有电压信号输出。
5整形电路设计
由于光电码盘的输出要与单片机相连，单片机T/CO的时钟源外部输入引脚与此相连。
这样相连的目的是通过单片机的计数器来计数，确定电机的实际位置的。
也就是说光电码盘的输出要触发单片机T/CO计数，这就要求触发脉冲要有足够陡的上升沿，此波形并不是标准的脉冲信号，它的上升沿坡度很大，为了得到足够陡的前沿脉冲信号，需要对上述光电码盘输出的信号进行整形。
已得到较理想的脉冲信号，触发计数，因此需要设计整形电路。
整形电路的设计思路是这样的，让上述输出的电压跟一个定值相比较，如果
电压大于定值了，就表示这是一个可靠的脉冲，计数器可以计数(加1)，这样不仅可以得到前沿足够陡的脉冲信号，还可以防止小的干扰信号让计数器T/CO误计数。
减小出现计数出错的现象的概率。
增加了系统整体可靠性。
在实际应用电路中比较器选用的是集成器件LM339，它是一个内部集成了4个比较器的集成芯片，由于LM339内部输出端没有上拉电阻，所以在外接电路中需要接上这个上拉电阻。