МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

КАФЕДРА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

 
 
 

          

                                                                   

                                                       
 
 
 
 
 

РАЗРАБОТКА  КОНТРОЛЛЕРАУПРАВЛЕНИЯ  РЕЖИМАМИ

РАБОТЫ  МИКРОДВИГАТЕЛЯ

Пояснительная записка

 

Курсовая  работа по дисциплине

«Цифровые устройства и микропроцессоры» 

ТПЖА.201500.6 - 03 - 01 81 01 ПЗ 
 

           
 
 
 

  Разработал студент  гр. БРА-31       ______________________   /Чувакорзин А.А./

     

  Руководитель к.т.н., доцент             ______________________   /Краев  Н.А./ 

  Работа защищена  с оценкой            «_____________»   «__»___________ 2001 г. 
 
 
 
 

Киров  2001 

Реферат

Чувакорзин  А.А. Разработка контроллера управления режимами работы микродвигателя: ТПЖА.63317-01 81 01: Курс. работа / ВятГТУ, каф. РЭС; рук. Н. А. Краев - Киров, 2001. ПЗ   с.,  рис.,  табл., 2 источника, 3 приложения.

 

     УПРАВЛЕНИЕ  РЕЖИМАМИ РАБОТЫ, МИКРОДВИГАТЕЛЬ, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, АЛГОРИТМ РАБОТЫ, РЕВЕРС, ИНДИКАЦИЯ  РЕЖИМОВ, ДРАЙВЕР. 

     Объект  исследования и разработки – схема  управления режимами работы микродвигателя. 

     Цель  работы – исследование и изучение алгоритма работы схемы управления режимами работы микродвигателя ДШВ - 200 на микроконтроллере Z86. 

     В данной работе предлагается относительно недорогая и достаточно надёжная схема управления двигателем, которая  позволяет реализовать широкий  набор функций, таких как разгон, реверс, плавное нарастание скорости до заданного значения, возможность запрограммировать циклы работы, индикацию этих режимов. Она состоит из микроконтроллера Z86 и драйвера двигателя LB1676M.

       

      

Введение

 

      Многие прикладные устройства требуют управления работы микродвигателя. Маленькие габариты и более высокая надежность создает потребность в более интегрированных решениях схемы управления. В прошлом,  контроллер управления режимами работы микродвигателя включал микроконтроллер и много дискретных компонентов. Теперь, развитая технология уменьшает количество элементов только до двух чипов: микроконтроллер управления и интегрированный драйвер.

      Для функционирования предложенной ниже схемы используется дополнительный источник электроэнергии 5 В. Это, конечно, предполагает наличие источника электроэнергии вблизи контроллера, однако, это позволило использовать менее требовательную, соответственно, более дешёвую элементную базу. В частности, в качестве ЦПУ использован микроконтроллер Z86, а также драйвер LB1676M позволяющий успешно реализовать поставленную задачу с низкими денежными затратами и небольшим количеством используемых компонентов.

      Задача контроллера  состоит в определении команд управления драйвера, его прерывание при перегрузках на двигателе; возможность индикации режимов работы. Драйвер LB1676M производит непосредственное управление двигателем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   1. Основы управления шагового двигателя

 

   Существует  несколько видов топологии схемы  управления шагового микродвигателя, но наиболее широко используемые – это трех и шести тактные схемы (в нашем случае трех тактная). Функции этой схемы отлично выполняет усилитель мощности, состоящий из  шести биполярных транзисторов типа n-p-n(Рис.1). Двигатель управляется поочерёдным включением обмоток двигателя, т.е. подачей на них напряжения, за счет открытия/закрытия транзисторов в определенное время. Для этого необходима внешняя логика, она использует сигнал с широтно-импульсной модуляцией, который определяет цикл работы.

     
 

   к обмоткам двигателя 

   Рис.1 

   Необходимая логика управления включена в драйвер  LB1676M. Данный драйвер включает в себя и сам усилитель мощности, и это уменьшает габариты схемы. Но так как напряжение коллектор-эмитер может достигать значений более 1В, транзисторы сильно нагреваются, что приводит к выводу из строя микросхемы. Конечно, можно использовать систему охлаждения, но это добавляет сложность и количество затрат 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

     

   2. Аппаратное описание  и принцип работы  схемы управления 

   Основной  элемент схемы контроллер - Zilog Z86E06. Это однокристальный программируемый контроллер, который содержит 1Кбайт постоянной памяти (ПЗУ), 128 байтов оперативной памяти (ОЗУ), два таймера/счетчика, два бортовых компаратора и др. Функциональная схема Z86 показывается на рис. 2.

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Обмен данных Z86 происходит с LB1676M - это драйвер управления трехфазным двигателем с логикой направления, торможения и скорости, а также выводом текущего состояния драйвера. Функциональная диаграмма LB1676M показана на рис. 3.

   Что касается Z86 ввод/вывод обеспечивается портами 2,3. Порт 2 служит для ввода команды с пульта управления (кнопки S1,S2,S3 и переключателя направления S4, см. приложение 1). При нажатии кнопки S1 выполняется команда СТОП, S2 - УВЕЛИЧЕНИЕ СКОРОСТИ, S3 - УМЕНЬШЕНИЕ СКОРОСТИ, они связаны с выводами P22,P21,P20 соответственно. Переключатель S4 определяет направление вращения двигателя. Положение 1 - двигатель вращается вправо, положение 2 выполняется реверс. Перемена направления вращения может производится в состоянии остановки двигателя. 
 

   

     
 
 

     

     

   Рис.3 Функциональная схема LB1676M 

   Вторая  функция порта 2 вывод сигналов на светодиоды, с помощью которых  производится индикация режимов  работы двигателя. При остановке  двигателя загорается красный, связанный  с P26, Reverse - желтый, Forward - зеленый, они связаны с P25 и P24, соответственно.

   Порт 3 обеспечивает обмен данных между  Z86 и LB1676M. Ножки порта P34, P35, и P36 Z86E06 обеспечивают передачу команд управления: направление, тормоз, и сигнал с ШИМ, соответственно.

   Обратная  связь LB1676M с Z86 организуется через P31. С помощью этой обратной связи осуществляется прерывание программы управления при перегрузке двигателя. Ток на ножке 16 LB1676M примерно равен 0,5А. Тогда номинал сопротивления R12 выбирается так, чтобы напряжение на нем не превышало 4В, которое является максимальным входным напряжением компаратора Z86. Зададим порог при котором будет происходить прерывание. Он задается смещением напряжения с помощью делителя R9,R10 на 3,3В. Сопротивление R12 возьмем равным 5Ком, чтобы максимальное напряжение на компараторе не было больше 2,5В, для любых режимов работы.

   Любая значительная перегрузка на двигателе  увеличивает ток на ножке 16 LB1676M, что увеличивает напряжение на R12. Если напряжение превышает 3,3В компаратор активизирует режим прерывания, который через LB1676M останавливает двигатель. 
 
 
 
 
 
 
 

   

   

   3. Программное описание работы  схемы. 

   Чтобы пояснить работу процессора при управлении двигателем будем использовать блок-схему (рис.4).

   

   Инициализация                                                                                                          А

    1.Уст.ШИМ 50%

   2.Уст.бита  тормоза

   3.Вкл.СД  Stop

    4.Загр.и Вкл.тайм.

   5.Вкл.прерывание                                                                                                 Кнопка                                                                      

                                                                                                     умен.скорости                        Бездребезг.опред.             сох.полож.кн.         

   

                                               

     Ждатьпрерывания 

                                                                                                                      Кнопка

         Стоп                                  ШИМ=Мin

 

       Прерывание Т0

 

 

   1.Уст.на Р36 выс.ур.        1.Переключ.бит торм.           1.DEC ШИМ  

   2.Перезагруз.и вкл.                   2.Выкл.СД Stop                     2.Загр Т1 

       средств упр.

 

 

                                                                                                                          В                                           Выход

                                           НЕТ

        Нажатие кнопки                                  Выход 
 

                        ДА

                       

 

                                         ДА                                           НЕТ              Сохранить положение           

         Кнопка увелич.                             Бездребезг.                           кнопки

            скорости                                     опр.кноп.