數(shù)電課程設(shè)計----基于555定時器的調(diào)速電機的制作

1、<p>　　基于555定時器的調(diào)速電機的制作</p><p>　　Based on the 555 of the timer control motor manufacture</p><p>　　摘要：在電機的調(diào)速方面加入數(shù)字控制部分，設(shè)計一款數(shù)控直流電機。該電機使用數(shù)字方式調(diào)節(jié)，具有設(shè)計簡單、調(diào)節(jié)方便、安全的特性。適用于各種直流的電機的調(diào)速控制。利用555定時器對直流電機進行

2、調(diào)速，與傳統(tǒng)的電壓調(diào)速方式比較安全方便。同時該作品可升級與微處理器相連接，增強人機交互與對電機的實時監(jiān)控。</p><p>　　關(guān)鍵詞：555定時器；直流電機；控制</p><p>　　Abstract: In the motor speed regulating join digital control parts, design a numerical control dc motor

3、. The motor using digital mode adjustment, has the design is simple, convenient adjustment, safety features. Apply to all kinds of dc motor speed control. Use 555 to dc motor speed control timer, and traditional voltage

4、is safe and convenient way to speed. At the same time, this work can be upgraded and microprocessor connected to enhance human interaction and the real-time monitoring of the mo</p><p>　　Keywords: 555 the ti

5、mer; Dc motor; control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　0引言3</b></p><p><b>　　1系統(tǒng)硬件設(shè)計3</b></p><p>　　1.1系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)3</p><p>

6、;<b>　　1.2電源部分4</b></p><p>　　1.2.1 供電電源部分4</p><p>　　1.3 脈寬調(diào)制部分4</p><p>　　1.3.1 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)5</p><p>　　1.3.2 多諧振蕩器工作原理5</p><p>　　1.3.3 脈寬調(diào)制計算

7、7</p><p>　　1.4 H橋驅(qū)動電路7</p><p>　　1.4.1 H橋驅(qū)動電路原理8</p><p>　　1.4.2驅(qū)動電路使能控制和方向邏輯9</p><p><b>　　2 結(jié)語10</b></p><p>　　參考文獻- 11 -</p><p&g

8、t;<b>　　0引言</b></p><p>　　直流電機是電子技術(shù)中常見的設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、教學等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的直流電機控制制作復(fù)雜、精度低、可靠性低且操作危險性高。普通的直流電機調(diào)速裝置很多，但均存在以下問題：上端和交流電源連接，下端和直流電動機連接，直流調(diào)速器將交流電轉(zhuǎn)化成兩路輸出直流電源，一路輸入給直流電機勵磁（定子），一路輸入給直流電機電樞（轉(zhuǎn)子），直流調(diào)速器通

9、過控制電樞直流電壓來調(diào)節(jié)直流電動機轉(zhuǎn)速。控制部分沒有將電機供電電源隔離開，導致控制的危險程度加大。本文所設(shè)計的系統(tǒng)將控制模塊與電機驅(qū)動模塊隔離，通過NE555輸出不同脈寬的矩形波對電機進行調(diào)速，制作簡單控制方便安全，具有很高的市場推廣價值。</p><p><b>　　1系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　1.1系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)</p><p

10、>　　本系統(tǒng)以555定時器核心控制器，具有控制與驅(qū)動分離，控制脈沖輸出脈寬可調(diào)，且操作簡便等特點。其硬件原理方框圖如圖1.1所示。系統(tǒng)有555脈沖輸出電路、旋鈕調(diào)節(jié)電路、電源電路、H橋驅(qū)動電路、等部分組成。系統(tǒng)通過“旋鈕正旋+”、“旋鈕倒旋-”、調(diào)整555定時器輸出脈寬，H橋驅(qū)動電路根據(jù)接收的脈沖寬度對直流電機進行驅(qū)動，實現(xiàn)調(diào)速。</p><p>　　圖1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><

11、p><b>　　1.2電源部分</b></p><p>　　1.2.1 供電電源部分</p><p>　　電源部分輸入220v,50HZ交流電，輸出全機所需的+5v，主要供數(shù)控部分和驅(qū)動模塊使用。+5v作為數(shù)控供電的正電源，同時也是驅(qū)動輸出電路的主電源。如圖1.3.1和圖1.3.1所示。</p><p>　　1.3 脈寬調(diào)制部分</

12、p><p>　　555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。</p><p>　　1.3.1 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　555定時器是一種模擬

13、電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳排列如圖1.3.1所示。它由分壓器、比較器、基本R--S觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。分壓器由三個5 的等值電阻串聯(lián)而成。分壓器為比較器、提供參考電壓，比較器 的參考電壓為，加在同相輸入端，比較器 的參考電壓為，加在反相輸入端。比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運放 、 組成。高電平觸發(fā)信號加在 的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本R--S觸發(fā)器 端的輸入信號；低電平觸

14、發(fā)信號加在 的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本R—S觸發(fā)器 端的輸入信號?；綬--S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器、的輸出端控制。</p><p>　　圖1.3.1 555定時器內(nèi)部原理圖</p><p>　　1.3.2 多諧振蕩器工作原理</p><p>　　由555定時器組成的多諧振蕩器如圖1.3.2a所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。

15、其工作波如圖1.3.2b所示。設(shè)電容的初始電壓 ＝0，t＝0時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端 ＝0< Vcc，比較器A1輸出為高電平，A2輸出為低電平（1表示高電位，0表示低電位），即觸發(fā)器置1，定時器輸出 0此時 ，定時器內(nèi)部放電三極管截止，電源經(jīng)電阻向電容C充電， 逐漸升高。當上升到時，輸出由0翻轉(zhuǎn)為1，這時觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t< 期間，定時器輸出為高電平1。時刻上升到比較器 的輸出由1

16、變?yōu)?，這時觸發(fā)器復(fù)0，定時器輸出0 。期間 ，放電三極管T導通，電容C通過 放電。 按指數(shù)規(guī)律下降，當比較器 輸出由0變?yōu)?，R-S觸發(fā)器的 ，Q的狀態(tài)不變， 的狀態(tài)仍為低電平時刻， 下降到三分之一Vcc ，比較器 輸出由1變?yōu)?，R-S觸發(fā)器的1，觸發(fā)器處于1，定時器輸出 。此時電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過程。通過上述分析可知，電容充電時，定時器輸出1 ，電容放電時電容不斷地進行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號

17、輸入，卻能輸出矩形波，其實質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫?lt;/p><p>　　圖1.3.2a 多諧振蕩器原理圖</p><p>　　圖1.3.2b 多諧振蕩器輸出波形仿真圖</p><p>　　1.3.3 脈寬調(diào)制計算</p><p>　　用555定時器組成的多諧振蕩器，接通電源后，電容C被充電，當Vc 上升到三分之二時，使Vo為低電平，同時放電

18、三極管T導通，此時電容C通過R4和T放電，Vc 下降。當Vc下降到三分之一Vcc時，Vo 翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C放電所需時間為</p><p>　　當放電結(jié)束時，T截止，Vcc將通過R1、R2向電容C充電，Vc 由三分之一Vcc上升到三分之二Vcc所需的時間為</p><p>　　當Vc上升到三分之二Vcc時，電路又翻轉(zhuǎn)到低電平。如此周而復(fù)始，于是，在輸出端就輸出了一個周期性矩形波。周期為&

19、lt;/p><p><b>　　輸出振蕩頻率</b></p><p><b>　　輸出波形占空比</b></p><p>　　1.4 H橋驅(qū)動電路</p><p>　　圖1.4.1a中所示為一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋式驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而

20、電機就是H中的橫杠（如圖所示，H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。  圖1.4.1a H橋式電機驅(qū)動電路</p><p>　　1.4.1 H橋驅(qū)動電路原理</p><p>　　要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導通

21、。例如，如圖1.4.1b所示，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當三極管Q1和Q4導通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。  圖1.4.1b H橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動 圖1.4.1c所示為另一對三極管Q2和Q3導通的情況，電流將從右至左流

22、過電機。當三極管Q2和Q3導通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。  圖1.4.1c H橋電路驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動 </p><p>　　1.4.2驅(qū)動電路使能控制和方向邏輯</p><p>　　驅(qū)動電機時，保證H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導通，那么電流就會從正極穿

23、過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管。基于上述原因，在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。圖1.4.2a所示就是基于這種考慮的改進電路，它在基本H橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個與門和2個非門。4個與門同一個“使能”導通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。而2個非門通過提供一種方向輸入，可以保證任何時候在H

24、橋的同側(cè)腿上都只有一個三極管能導通。</p><p>　　圖1.4.2a 具有使能控制和方向邏輯的H橋電路 采用以上方法，電機的運轉(zhuǎn)就只需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。如果DIR－L信號為0，DIR－R信號為1，并且使能信號是1，那么三極管Q1和Q4導通，電流從左至右流經(jīng)電機（如圖1.4.2b所示）；如果DIR－L信號變?yōu)?，而DIR－R信號變?yōu)?，那么Q2和Q3將導通，電流則反向流過

25、電機。  圖1.4.2b 使能信號與方向信號的使用 </p><p><b>　　2 結(jié)語</b></p><p>　　本作品以555定時器為控制核心，以驅(qū)動電路為骨架，制作出了一款使用靈活方便，調(diào)節(jié)安全可靠的直流電機驅(qū)動電路。在制作過程中，以定時電路的搭建最為困難。我在調(diào)試過程中，嘗試著選用最合適的電阻電容，對脈寬進行調(diào)制。由此我

26、們學到了從課堂上無法掌握的知識。尤其針對不同的功能，不同的場合，不同類型的三極管的方法。</p><p>　　我制作的數(shù)控直流調(diào)速裝置，利用555定時器設(shè)置速度大小，確保電路運行可靠。輸入采用旋鈕方式，電路外表更加小巧美觀，操作方便，更加人性化。具有較高的使用和推廣價值！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]

27、 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分） （第五版）.北京：高等教育出版社2006.</p><p>　　[2] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[3] 高吉祥．電子技術(shù)基礎(chǔ)試驗與課程設(shè)計．北京：電子工業(yè)出版社，2002．</p><p>　　[4] 高吉祥.模擬電子線路設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2007