江蘇淮安技師學院　王　玲　蔣文怡

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初探《直流電機正反轉控制》的仿真教學

江蘇淮安技師學院王玲蔣文怡

本文探討直流電機正轉、反轉、停止、定時運轉原理及控制方法，并給出單片機程序編寫思路及流程圖，仿真其運行效果。

直流電機；正反轉控制；定時器；仿真

1　引言

“單片機技術”是自動化專業(yè)的一門必修專業(yè)課程，該課程的教學目標旨在培養(yǎng)學生使用單片機技術解決工業(yè)、企業(yè)實際生產(chǎn)中的問題，從而為現(xiàn)代制造業(yè)輸送高技能型人才。

直流電機在家電產(chǎn)品、工業(yè)控制等領域有著廣泛的應用，涉及到的功能主要有正反轉控制、調(diào)速、精確定位等。要求學生必須掌握直流電機正反轉控制的原理、電路工作過程及用單片機編程的控制方法。

2　工作原理

改變直流電動機旋轉方向有兩種辦法：其一將電樞兩端電壓反接即改變電樞電流的方向；其二改變激磁繞組的極性即改變主磁場的方向。但要注意，兩者不能同時改變，只能是改變其中的一項才能達到反轉的目的，本文采用的是第一種方法。

圖1　工作電路圖

如圖1所示，如果直流電機上端為高電壓，下端接地，則電流方向由上向下，直流電機正轉；反之，則電機反轉；如果直流電機兩端電壓相等，則電機停止運轉。

在電路中，單片機P2.6控制電機的上方，程序可定義為sbit M0=P2^6；單片機P2.7控制電機的下方，程序可定義為sbit M1=P2^7。

正轉控制，此時M0=0，M1=1 光藕U2導通，三極管Q2處于放大狀態(tài)，繼電器D1得電吸合，此時電機上端接12伏電壓；同理，下方繼電器此時處于失電狀態(tài)，此時電機下端接地，所以電流由上向下流入直流電機，推動電機正轉。

反轉控制，此時M0=1，M1=0 光藕U3導通，三極管Q1處于放大狀態(tài)，繼電器D2得電吸合，此時電機下端接12伏電壓；同理，上方繼電器此時處于失電狀態(tài)，此時電機上端接地，所以電流由下向上流入直流電機，推動電機反轉。

停止控制，此時M0=1，M1=1；或者M0=0，1=0；由上述分析可知，此時電機兩端電壓相等，無電流流過，電機則處于停止狀態(tài)。

3　仿真工作過程

根據(jù)教學要求，用直流電機仿真洗衣機實現(xiàn)以下簡單工作流程：

正轉—延時—停止—延時—反轉—延時—停止—延時

以上過程循環(huán)進行。

主要編程思路如下：

While（1）//以下過程重復

｛

M0=0，M1=1；//正轉

Delay（）；//延時

M0=0，M1=0；//停止

Delay（）；//延時

M0=1，M1=0；//反轉

Delay（）；//延時

M0=0，M1=0；//停止

Delay（）；//延時

｝

其中，直流電機正反轉，我們已經(jīng)在上文予以討論。關于延時的方法主要有兩種：

第一種方法是軟延時。通俗的說，就是利用單片機每執(zhí)行一條指令都是需要時間的，讓單片機循環(huán)執(zhí)行指令，從而實現(xiàn)延時效果。此種方法延時不夠精確，適合在對定時精度要求不高的場合。

Void delay（unsigned int i）//參數(shù)調(diào)用

｛

Unsigned char k，j；

While（i--）

For（k=0；k＜2；k++）

For（j=0；j＜250；j++）；

｝

上述程序可以在keil c模擬調(diào)試其具體延時時間，由于單片機執(zhí)行每條指令的時間和其工作時鐘頻率有關系，故在仿真前需設置仿真頻率和目標板的頻率保持一致。假設單片機工作頻率為12MHZ，則執(zhí)行一條單機器周期的指令時間為1us，考慮到跳轉指令（for語句）的機器周期為2us，所以上述程序的延時時間可以估算為：

2*250*2*i=1000ius=ims；其中，i為調(diào)用此函數(shù)的參數(shù)，取值范圍為0～65535，假設調(diào)用delay（5000），則延時5000ms，也就是5秒時間。

第二種方法是硬件延時。

假設工作頻率為12MHZ，此種方式程序包括兩部分：

初始化部分：

TMOD=0X01；//T0工作于方式1，16位，定時方式。

TH0=（65536-1000）/256；//置初值，實現(xiàn)1MS定時

TL0=（65536-1000）%256；

ET0=1；//允許T0產(chǎn)生中斷

EA=1；

中斷部分

Void t0s（void） interrupt 1//T0 的中斷號為1

｛

TH0=（65536-1000）/256；//置初值，實現(xiàn)1MS定時

TL0=（65536-1000）%256；

Cnt++；

If（cnt＞1000） flag=1；//定時時間1秒，置FLAG為1

……

｝

在控制直流電機正反轉狀態(tài)中，可查詢FLAG的狀態(tài)予以控制。

4　結束語

在實際應用過程中，應該用單片機自帶的定時器來實現(xiàn)精確延時，由于篇幅關系，這部分內(nèi)容省略；也可用圖中三個按鈕來模擬洗衣機中直流電機的工程控制，如暫停、定時、脫干等操作。必須注意，如果直流電動機外殼上標有旋轉方向的箭頭標記，則只允許單方向運轉.這種電動機一般不宜換向，否則電刷火花要增大，換向器要燒傷，還有電子換向電路。

［1］張道德.單片機接口技術（C51版）［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.

［2］謝維成，楊加國.單片機原理與應用及C51程序設計［M］.北京:清華大學出版社，2006.

［3］胡漢才.單片機原理及系統(tǒng)設計［M］.清華大學出版社，2002:41-42.

［4］李建忠.單片機原理及應用［M］.西安:西安電子科技大學出版社，2002.

［5］潘新民.微型計算機控制技術［M］.電子工業(yè)出版社，2003:47-48.

王玲（1978—），女，江蘇淮安人，大學本科，助理講師，研究方向：計算機。