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第十三章第十三章 微型计算机综合应用举例微型计算机综合应用举例13.1 环境温度测控系统设计环境温度测控系统设计13.2 步进电机控制系统设计步进电机控制系统设计13.3 其他微机系统的设计其他微机系统的设计13.1 环境温度测控系统设计环境温度测控系统设计 计算机测控系统结合被控对象，测量其状态和参数，用计算机测控系统结合被控对象，测量其状态和参数，用计算机进行必要的处理和控制，一般构成需要处理器、计算机进行必要的处理和控制，一般构成需要处理器、I/O通道、测控对象等通道、测控对象等 [例例] 环境温度测控系统设计示例环境温度测控系统设计示例 环境温度测控系统是应用较广泛的系统，通过温度的测环境温度测控系统是应用较广泛的系统，通过温度的测量和自动调节控制，实现一个恒温量和自动调节控制，实现一个恒温/调温的环境调温的环境 系统的硬件设计包括温度检测、定时、显示和报警、继系统的硬件设计包括温度检测、定时、显示和报警、继电器控制机构等部分电器控制机构等部分 13.1 温度检测通过温度传感器、温度检测通过温度传感器、ADC和和8255实现，实现，提供中断方式的传输；定时电路完成采样周期的控提供中断方式的传输；定时电路完成采样周期的控制，比如每制，比如每60s采样一次，控制采样过程；显示和采样一次，控制采样过程；显示和报警电路通过报警电路通过8255输出利用输出利用LED显示当前温度；继显示当前温度；继电器控制机构通过电器控制机构通过8255、、DAC和继电器实现对加和继电器实现对加温、降温机构的控制。

温、降温机构的控制 硬件系统的设计示例参考如图：硬件系统的设计示例参考如图： 13.113.2 步进电机控制系统设计步进电机控制系统设计 步进电机是一种脉冲电机，是开环伺服运动系统步进电机是一种脉冲电机，是开环伺服运动系统执行元件广泛用于数字控制系统，是工业控制过程执行元件广泛用于数字控制系统，是工业控制过程和精密仪器设备的重要部件和精密仪器设备的重要部件 步进电机的运动方式有旋转式步进电机和直线式步步进电机的运动方式有旋转式步进电机和直线式步进电机，通过将脉冲信号转换为角位移或线位移，步进电机，通过将脉冲信号转换为角位移或线位移，步进电机的工作速度与脉冲频率成正比，能够提供高精进电机的工作速度与脉冲频率成正比，能够提供高精度的位移和速度控制，具有快速启停的特点度的位移和速度控制，具有快速启停的特点 13.2 通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场该磁场会带动组时，定子绕组产生一矢量磁场该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。

当定子的矢量磁场旋转一个子的磁场方向一致当定子的矢量磁场旋转一个角度转子也随着该磁场转一个角度每输入一角度转子也随着该磁场转一个角度每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步它输个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比频率成正比 而改变绕组通电的顺序，电机就会反转而改变绕组通电的顺序，电机就会反转 可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动电顺序来控制步进电机的转动 13.2 三相步进电机的定子绕有三相线圈，分别称为三相步进电机的定子绕有三相线圈，分别称为A、、B、、C三相，按星形连接，两个相邻磁极之间的夹角为三相，按星形连接，两个相邻磁极之间的夹角为60°，中间的转子是永磁铁，没有线圈，转子圆周均匀，中间的转子是永磁铁，没有线圈，转子圆周均匀分布若干矩形小齿分布若干矩形小齿 当当A、、B、、C三相线圈轮流通过一定节拍的电流脉冲三相线圈轮流通过一定节拍的电流脉冲信号，即励磁时，产生的磁场吸引转子转动，每转动信号，即励磁时，产生的磁场吸引转子转动，每转动一次的角度称为步距。

一次的角度称为步距 13.2三相步进电机有三种工作方式：三相步进电机有三种工作方式： 1. 三相三拍式：三相三拍式：正转的励磁相序为正转的励磁相序为A→B→C→A；；反转时的励磁相序为反转时的励磁相序为A→C→B→A 2. 三相双三拍式：三相双三拍式：正转时的励磁相序为正转时的励磁相序为AB→BC→CA→AB；；反转时的励磁相序为反转时的励磁相序为AC→CB→BA→AC 3. 三相六拍式：三相六拍式：正转时的励磁相序为正转时的励磁相序为A→AB→B→BC→C→CA→A；；反转时的励磁相序为反转时的励磁相序为A→AC→C→CB→B→BA→A13.2 第三种方式，单双相轮流通电方式，步距角度小，第三种方式，单双相轮流通电方式，步距角度小，稳定性好，性能优良稳定性好，性能优良 为减少一相线圈交替通电、断电时容易造成失步为减少一相线圈交替通电、断电时容易造成失步和振荡，采用双相轮流通电控制方式，可改善步进和振荡，采用双相轮流通电控制方式，可改善步进电机性能，获得较好的稳定性电机性能，获得较好的稳定性 其步距角按如下公式计算：其步距角按如下公式计算：13.2M: 步进电机的相数步进电机的相数Z: 步进电机转子的齿数步进电机转子的齿数K: 通电方式通电方式（（K=1：相邻两次通电的相数相同；：相邻两次通电的相数相同； K=2：相邻两次通电的相数不同）。

相邻两次通电的相数不同） 13.2 步进电机不同的轮流通电方式称为步进电机不同的轮流通电方式称为“分配方式分配方式”，，每循环一次所包含的通电状态数称为拍数每循环一次所包含的通电状态数称为拍数n=m*K，，对于三相六拍式步进电机对于三相六拍式步进电机n=3*2=6拍如果转子的齿数如果转子的齿数Z=40，齿距角为，齿距角为9°，而其步，而其步距角距角θ=360/6*40=1.5°，即通电，即通电6次转子转过一次转子转过一个齿距 通过滚珠杆可以将角位移转换为线位移如果转通过滚珠杆可以将角位移转换为线位移如果转子转动一周，线位移为子转动一周，线位移为L mm，则容易计算线位移与，则容易计算线位移与脉冲拍数间的关系脉冲拍数间的关系13.2[例例] 三相六拍方式步进电机控制三相六拍方式步进电机控制 三相六拍方式步进电机的三相线圈按励磁相序按三相六拍方式步进电机的三相线圈按励磁相序按一定频率给出通电信号，电机会平稳转动一定频率给出通电信号，电机会平稳转动 如正转时的励磁相序为如正转时的励磁相序为A→AB→B→BC→C→CA→A，转换为，转换为ABC三相线三相线圈顺序控制字为圈顺序控制字为001、、011、、010、、110、、100、、101，，通过并口实现多路脉冲循环分配电路，连接控制三通过并口实现多路脉冲循环分配电路，连接控制三相线圈驱动相线圈驱动 。

13.2硬件系统的设计示例：硬件系统的设计示例： 13.3 其他微机系统的设计其他微机系统的设计除了微机系统本身的接口资源和接口芯片外，除了微机系统本身的接口资源和接口芯片外，Intel 8279也是应用非常广泛的可编程接口芯片，也是应用非常广泛的可编程接口芯片，它是通用键盘它是通用键盘/显示接口电路显示接口电路 运用微机及其接口电路，运用微机及其接口电路，可构成各种控制系统和智能可构成各种控制系统和智能电子系统的设计电子系统的设计习习 题题 十十 三三综合设计。