【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱(chēng)為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱(chēng)為電樞， 定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由兩根導(dǎo)體連成的電樞線(xiàn)圈，線(xiàn)圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱(chēng)為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱(chēng)為換向器 。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線(xiàn)圈通過(guò)換向片和電刷與外電路接通。 直流電機(jī)的基本工作原理 由 下 圖可知，當(dāng)將外部直流電源加于電刷 A(正極 )和 B(負(fù)極 )上，則線(xiàn)圈 abcd 中流過(guò)電流，在導(dǎo)體 ab 中，電流由 a 指向 b，在導(dǎo)體 cd 中，電流由 c 指向 d。導(dǎo)體 ab和 cd 分別處于 N、 S 極磁場(chǎng)中，受到電磁力的作用。用左手定則可知導(dǎo)體 ab 和 cd自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 均受到電磁力的作用，且形成的轉(zhuǎn)矩方向一致，這個(gè)轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為電磁轉(zhuǎn)矩，為逆時(shí)針?lè)较?。這樣，電樞就順著逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) 。 圖 32 直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖 如圖 32(a)所示。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn) 180176。，導(dǎo)體 cd 轉(zhuǎn)到 N 極下， ab 轉(zhuǎn)到 S 極下，如圖32(b)所示，由于電流仍從電刷 A 流入，使 cd 中的電流變?yōu)橛?d 流向 c，而 ab 中的電流由 b 流向 a，從電刷 B 流出， 此時(shí)載流導(dǎo)體 ab 和 cd 受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 由此可見(jiàn)，加于直流電動(dòng)機(jī)的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電動(dòng)機(jī)電樞線(xiàn)圈中流過(guò)的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn) 矩的方向恒定不變，確保直流電動(dòng)機(jī)朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。 實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)，電樞圓周上 不是由一個(gè)線(xiàn)圈構(gòu)成而是 均勻地嵌放許多線(xiàn)圈，以減少電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，繞組形式同發(fā)電機(jī)。 相應(yīng)地?fù)Q向器由許多換向片組成，使電樞線(xiàn)圈所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩足夠大并且比較均勻，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就比較均勻。 勵(lì)磁繞組的供電方式稱(chēng)為勵(lì)磁方式。按勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可以分為以下4 類(lèi)。 （ 1）他勵(lì)直流電機(jī) 勵(lì)磁繞組由其他直流電源供電，與電樞繞組之間沒(méi)有電的聯(lián)系，如圖 33(a)所示。永磁直流電機(jī)也屬于他勵(lì)直流電機(jī)，因其勵(lì)磁磁場(chǎng)與電樞電流無(wú)關(guān)。圖 33 中電流正自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 方向是以電動(dòng)機(jī)為例設(shè)定的。 （ 2）并勵(lì)直流電機(jī) 勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。如圖 33(b)所示。勵(lì)磁電壓等于電樞繞組端電壓。 以上兩類(lèi)電機(jī)的勵(lì)磁電流只有電機(jī)額定電流的 1%～ 5%，所以勵(lì)磁繞組的導(dǎo)線(xiàn)細(xì)而匝數(shù)多。 （ 3）串勵(lì)直流電機(jī) 勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖 33(c)所示。勵(lì)磁電流等于電樞電流，所以勵(lì)磁繞組的導(dǎo)線(xiàn)粗而匝數(shù)較少。 （ 4）復(fù)勵(lì)直流電機(jī) 每個(gè)主磁極上套有兩套勵(lì)磁磁繞組，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)，稱(chēng)為并勵(lì)繞組。一個(gè)與電樞 繞組串聯(lián)，稱(chēng)為串勵(lì)繞組，如圖 33(d)所示。兩個(gè)繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)方向相同時(shí)稱(chēng)為積復(fù)勵(lì)，兩個(gè)磁勢(shì)方向相反時(shí)稱(chēng)為差復(fù)勵(lì)，通常采用積復(fù)勵(lì)方式。 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式不同，運(yùn)行特性和適用場(chǎng)合也不同。 圖 33 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式 直流電機(jī)的額定值 電機(jī)制造廠(chǎng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)電機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)而規(guī)定的每臺(tái)電機(jī)的主要性能指標(biāo)稱(chēng)為電機(jī)的額定值。額定值一般標(biāo)在電機(jī)的銘牌上或產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上。直流電機(jī)的額定值主要有下列幾項(xiàng)： 額定功率是指電機(jī)按照規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)所能提供的輸出功 率。對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，額定功率是指轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。 額定電壓是電機(jī)電樞繞組能夠安全工作的最大外加電壓， 單位為 V(伏特 )。 自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 額定電流是電機(jī)按照規(guī)定的工作方式運(yùn)行時(shí)，電樞繞組允許流過(guò)的最大電流，單位為 A(安培 )。 額定轉(zhuǎn)速是指電機(jī)在額定電壓、額定電流和輸出額定功率的情況下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，單 位為 r/min(轉(zhuǎn) /分 )。 額定值一般標(biāo)在電機(jī)的銘牌上，又稱(chēng)為銘牌數(shù)據(jù)。還有一些額定值，例如額定轉(zhuǎn)矩 TN、額定效率 ?N 等，不一定標(biāo)在銘牌上，可查產(chǎn)品況明書(shū)或由銘牌上的 數(shù)據(jù)計(jì)算 得到。 直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果各個(gè)物理量均為額定值，就稱(chēng)電機(jī)工作在額定運(yùn)行狀態(tài)，亦稱(chēng)為滿(mǎn)載運(yùn)行。在額定運(yùn)行狀態(tài)下，電機(jī)利用充分，運(yùn)行可靠，并具有良好的性能。如果電機(jī)的電樞電流小于額定電流，稱(chēng)為欠載運(yùn)行；電機(jī)的電樞電流大于額定電流，稱(chēng)為過(guò)載運(yùn)行。欠載運(yùn)行，電機(jī)利用不充分，效率低；過(guò)載運(yùn)行，易引起電機(jī)過(guò)熱損壞。 單片機(jī)原理 單片機(jī)原理概述 單片機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。圖34 中表示單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖。由于單片機(jī)的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信 號(hào)傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行速度，同時(shí)它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制的要求，所以單片機(jī)在工業(yè)過(guò)程及設(shè)備控制中得到了廣泛的應(yīng)用。 圖 34 典型單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要與外界交換信息。人們需要通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)，了解系統(tǒng)的工作情況和進(jìn)行控制。單片機(jī)芯片與其它 CPU 比較，功能雖自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 然要強(qiáng)得多，但由于芯片結(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制，片內(nèi) ROM、 RAM、 I/O 口等不能很多，在構(gòu)成實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)需 要加以擴(kuò)展，以適應(yīng)不同的工作情況。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成基本上如圖 35 所示。 圖 35 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置的狀況，可以分為最小應(yīng)用系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)、典型應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一款最小應(yīng)用系統(tǒng)，最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用來(lái)構(gòu)成簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，如開(kāi)關(guān)量的輸入 /輸出控制、時(shí)序控制等。對(duì)于片內(nèi)有 ROM/EPROM 的芯片來(lái)說(shuō) ,最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器、復(fù)位電路和電源的單個(gè)芯片；對(duì)與片內(nèi)沒(méi)有 ROM/EPROM 芯片 來(lái)說(shuō)，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了應(yīng)配置上述的晶振、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)配備 EPROM 或 EEPROM 作為程序存儲(chǔ)器使用。下圖就是一個(gè)AT89C51 的一個(gè)典型最小應(yīng)用系統(tǒng) 。 圖 36 AT89C51 最小應(yīng)用系統(tǒng) 自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51 含 E178。PROM 電可編閃速存儲(chǔ)器。有兩級(jí)或三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密系統(tǒng)，防止 E178。PROM 中的程序被非法復(fù)制。不用紫外線(xiàn)擦除，提高了編程效率。程序存儲(chǔ)器 E178。PROM 容量可達(dá) 20K 字節(jié)。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程 可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。其可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 制造工藝為 HMOS 的 51 系列單片機(jī)都采用 40 只引腳的雙列直插式封裝（ DIP）方式，其引腳如圖 37 所示： 圖 37 單片機(jī)的引腳排列 40 只引腳按其功能來(lái)分，可分為如下 3 類(lèi)： （ 1） 電源及時(shí)鐘引腳： VCC， GND， XTAL1， XTAL2。 （ 2）控制引腳： /PSEN,ALE,/EA,RESTE(即 RST)。 （ 3） I/O 口引腳： P0 口， P1 口， P2 口， P3 口，為 4 個(gè) 8 位 I/O 口的外部引腳。 ： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保 留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài) 工作： 0Hz24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線(xiàn) 兩 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 ： VCC：電源端，接 +5V 電源。 GND：接地端。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn) 行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉 低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上 拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 ALE/PROG： ALE 引腳輸出為地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)正常工作時(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低 8 位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號(hào)。即使不訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 端仍以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。如果想初步判斷單片機(jī)芯片的好壞，可以用示波器查看 ALE 端是否有正脈沖信號(hào)輸出，如果有脈沖信號(hào)輸出，則單片機(jī)基本上是好的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PROG 是本引腳的第二功能。在對(duì)片內(nèi) EPROM 型單片機(jī)（例如 8751）編程寫(xiě)入時(shí)，此引腳為編程脈沖輸入端。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的輸出允許控制端。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期時(shí)，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此腳與外部程序存儲(chǔ)器的/OE 端相連。 /PSEN 端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。如果要檢查一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)上電后， CPU 能否 正常到外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼，可以用示波器查 /PSEN 端有無(wú)脈沖輸出。 /EA/VPP： /EA 功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng) /EA 為高電平時(shí)， CPU 執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令，但當(dāng) PC 中的值超過(guò) 0FFFH 時(shí)，即超過(guò)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 4KB 地址范圍時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。當(dāng) /EA 為低電平時(shí)， CPU只執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。不論是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于 8031，由于其無(wú)片內(nèi) ROM，故 /EA 必須接低電平，這樣只選擇外部存儲(chǔ)器。 /VPP 為本引腳第二功能。在對(duì) EPROM 型單片機(jī)內(nèi) EPROM 固化編程時(shí) ，用于施加較高的編程電壓（例如 +21V或 +12V）。對(duì)于 89C51，則加在 /VPP 引腳的編程電壓為 +12V 或 +5V。 RST/Vpd：該引腳為復(fù)位信號(hào)