任务5.7直流电机调速和测速介绍.doc

任务5.7 直流电机的调速和测速 5.7.1 任务介绍 在自动化控制领域，许多场合需要用到电机。电机的种类繁多，直流电机由于控制简单，调速性能好在电机拖动中得到广泛的应用。 本节的任务是： 用按键作为开关控制电机启停和调节电机转速。系统有3个按键：按下按键A，电机正转，再次按下按键A，电机停；按下按键B，电机反转，再次按下按键B，电机停；当电机处于正或反转时，按键C用来调整电机转速（给定不同占空比的PWM）,占空比分别为10%、20%和30%。 4位数码管显示，当电机停止时，数码管显示“- - - -”；当电机正转时，数码管显示“PXXX”；当电机反转时，数码管显示“LXXX”，其中“XXX”是电机的转速。直流电机驱动板上的光电对管用来测量电机转速，测速使用测频法（1秒内电机轴转动圈数）。 5.7.2 知识准备 1、直流电机模型 直流电机电路模型如图5.7.1所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。 图5.7.1 直流电机电路模型 2、直流电机参数 开发板上配置的直流电机属于有刷直流小电机，型号为R140，实用于电动玩具、家电等场合。其具体参数如表5.7.1所示。 表5.7.1 R140电机参数 电压 空载 最大效率下 工作范围 额定电压 转速 电流 转速 电流 力矩 功率 3V-6V 3V r/min A r/min A g.cm W 4800 0.05 3700 0.13 4 0.15 根据R140电机的参数表得知，工作电压范围为3-6V,工作电流在50mA~150mA。我们给电机施加5V的工作电压，电机驱动电路至少提供150mA的电流。 3、直流电机换向原理 在直流电机模型中提到改变电机线圈的电流方向，就可以改变电机的转动方向。直流电机驱动电路中通常采用采用H桥来改变电机的转向（如果不调速，也可以采用双刀双掷的继电器来改变电机的转向）。H桥是一个典型的直流电机控制电路，其电路简略示意图如图5.7.2所示，因为它的电路形状酷似字母H，故得名与“H桥”。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠。 图5.7.2 H桥电路示意图 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。如图5.7.2（a）所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。同样道理，如图5.7.2（b）所示，当Q2管和Q3管导通时，电流就从电源正极经Q3从右至左穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机逆时针转动。 （a）电机顺时针转动 (b)电机逆时针转动 图5.7.3 H桥正反转示意图 4、直流电机驱动芯片L9110 直流电机驱动电路可以用三极管或者MOS管搭建分离元件驱动电路，也可以采用集成的驱动芯片。集成芯片相对于分立元件具有集成度高、使用方便和可靠性高等优势，开发板上直流电机驱动电路采用SOP8封装的H桥芯片L9110。 L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，可直接与单片机接口，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750～800mA 的持续电流，峰值电流能力可达1.5～2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降；L9110具有较宽的工作电压范围：2.5V-12V，0.1uA的低静态工作电流， 被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。L9110的管脚图和引脚功能说明如图5.7.4所示。 （a）L9110管脚图 （b）L9110引脚功能说明 图5.7.4 L9110管脚及功能说明 （a） L9110输入和输出逻辑关系 （b）L9110应用电路图 图5.7.5 L9110输入和输出逻