课程名称	单片机原理及应用
课程简介 （课程名称、课程的性质、作用、课程模式等）	单片机原理及应用是工科类学生的一门实践性很强的专业基础课。该课程主要培养学生应用单片机技术，进行数据计算、分析与处理，并进行工业测量和控制的能力，为后续课程提供必需的基础知识，在整个课程体系中，起到承上启下的核心地位。该课程采用项目化和任务驱动为载体，设计学习情境，且学习情境之间呈现递进和包容的课程模式。
课程目标	专业能力		方法能力	社会能力
	1.能掌握单片机内部结构、指令系统，能运用单片机开发系统、Protues仿真软件，能具备利用单片机开发小型智能产品的能力。 2.能设计单片机应用系统的硬件和软件程序，能解决单片机应用开发的实际问题的能力。		1.通过自学获取新技术的能力。 2.利用网络、文献等获取信息的能力。 3.自我控制和管理能力。 4.制定工作计划的能力。 5.工作结果评价能力。	1.培养积极严谨的科学态度和工作作风。 2.培养参与专业实践的工作热情。 3.培养合作意识、提高语言表达与交流能力。
	学习成果	1.课程考核实物作品 要求：拍摄作品实物或仿真运行视频 2.课程考核作品报告 3.课程现场答辩记录
课程内容体系 （列出到二级目录）	单元项目一 点亮梦想 项目内容：C51程序设计流程、Keil逻辑分析仪的使用、Proteus单片机仿真及虚拟仪器仪表的使用。 任务一：点亮梦想之LED单灯点亮控制 任务二：点亮梦想之Keil逻辑分析仪的使用（实验） 任务三：点亮梦想之Proteus LED双灯闪烁控制 任务四：点亮梦想之Proteus LED流水灯控制（实验） 任务五：点亮梦想之按键输入 任务六：点亮梦想之创新设计（实验） 单元项目二 动起来 项目内容：继电器控制、PWM调光控制、PWM直流电机调速、步进电机控制。 任务一：动起来之继电器实验 任务二：动起来之PWM调光（实验） 任务三：动起来之直流电机控制 任务四：动起来之直流电机PWM调速（实验） 任务五：动起来之创新设计（理论+实验） 单元项目三 联通无限 项目内容：单片机与PC机串口通讯、手机蓝牙遥控。 任务一：联通无限之与PC机串口通讯 任务二：联通无限之手机蓝牙遥控（实验） 任务三：联通无限之创新设计（理论+实验） 单元项目四 感知你我——传感测量 项目内容：电压测量、温度光度测量、转速测量、距离测量。 任务一：感知你我之电压表设计 任务二：感知你我之数据处理（理论+实验） 任务三：感知你我之温度光度测量 任务四：感知你我之转速测量（理论+实验） 单元项目五 计数定时——时不我待 项目内容：计数器、频率计、定时闹钟。 任务一：计数定时之计数器 任务二：计数定时之频率计（实验） 任务三：计数定时之定时闹钟 任务四：计数定时之创新设计（实验）
学习考核评价 （包括形成性和终结性，个人成绩和小组成绩，教师评价、自我评价、同伴评价、企业评价）	在教学过程的各个环节，从学生的出勤、日常表现、作业、测试、项目完成情况及完成质量，对学生进行全方位的考核。
课程资源 （包括课程资源开发的理念、课程资源的类型、表现形式）	（一）教材及参考资料 教材： 《单片机原理及应用（C51编程）》,李全利.北京:高等教育出版社,2012年12月. 《51单片机工程师是怎样炼成的-基于c语言+proteus仿真》，老杨.北京：电子工业出版社，2012.1 《单片机c51编程工程师实践教材-基于STC12C5A60S2单片机》李红波,宋宇，陈明淑，段金英.2016.12（西京学院校级自编教材） 网络课程平台： 一师一优课精品课程网站《单片机原理及应用》 http://course.xijing.edu.cn/#/courselist//info/573af35d5a5467a337a1acdd 参考资料： 《51单片机自学笔记》,范红刚.北京：航空航天大学出版社， 《爱上单片机》,杜洋.北京:人民邮电出版社 《Proteus实例教程》,朱清慧.北京：清华大学出版社 （二）其他教学资源 《C程序设计》, 谭浩强.北京: 清华大学出版社,2010年6月 STC官网：www.stcmcu.com

PWM直流电动机调速

【教学进程安排】

 一、复习上一次课程内容：LCD1602显示相关知识

课程的基本任务：

v 直流电机基本工作原理、直流电动机调速原理；直流电机驱动芯片使用；

v 直流电机驱动芯片使用

二、内容导入　

在工业控制系统中，最常见的是对电动机的控制。 电动机的数字控制是电动机的发展趋势。用单片机对电动机进行控制，是实现电动机数字控制的最常用手段。

三、主要内容设计

1、直流电机介绍  

 直流电机是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。

直流电动机，将电能转换为机械能;

直流发电机，将机械能转换为电能。

直流电动机原理：是根据通电线圈在磁场中受到力的作用而发生转动的。

直流电动机组成：主要由两部分，即能够转动的线圈和固定不动的磁体。在电动机里，能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子，电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。

2、直流电机调速

  直流电动机在当今生活的各方面应用越来越广泛，直流电动机的调速控制是电机应用的一个重要技术保障。直流电动机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业中仍有应用。

  直流电动机新的调速方式：

随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(pulse width modulation，简称PWM)已成为直流电动机新的调速方式。

PWM调速：通过改变周期性脉冲信号的占空比来改变加在电动机上的平均电压，从而达到调速目的。

PWM调速的原理如图1-1所示：设将开关周期性的闭合、断开，开和关的周期是T。在一个周期内，闭合的时间是τ，断开的周期是T-τ。如果外加的电源电压U为常数，则电源加到电动机电枢上的波形为方波列。其高度为U，宽度为τ。

α=τ/T 称为导通率，当T不变时，只要连续改变τ（0～T）就可以使电枢电压的平均值Uα连续地从0变到U，从而连续地改变电动机的转速。实际的PWM调速电路用功率晶体管代替开关。可逆式PWM用四个功率晶体管组成电桥，实现双向调速。开关频率达30KHz。图中的二极管是续流二极管，当开关断开时由于电枢电感的作用，电动机的电枢电流可以继续形成回路。

(a)电气原理

（b）波形

图1-1 PWM调速原理

3、直流电机驱动

  一般来说，直流电机的驱动主要达林顿管和专用驱动芯片。达林顿管虽方便，但是无法控制电机的转向，而驱动芯片则显得比较方便。H 桥驱动电路是为了直流电机而设计的一种常见电路，它主要实现直流电机的正反向驱动，其典型电路形式如下：

    从图中可以看出，其形状类似于字母“H”，而作为负载的直流电机是像“桥”一样架在上面的，所以称之为“H 桥驱动”。4个开关所在位置就称为“桥臂”。从电路中不难看出，假设开关 A、D接通，电机为正向转动，则开关B、C接通时，直流电机将反向转动。从而实现了电机的正反向驱动。

借助这 4 个开关还可以产生另外 2 个电机的工作状态：
  A） 刹车 —— 将B 、D开关（或A、C）接通，则电机惯性转动产生的电势将被短路，形成阻碍运动的反电势，形成“刹车”作用。

B） 惰行 —— 4个开关全部断开，则电机惯性所产生的电势将无法形成电路，从而也就不会产生阻碍运动的反电势，电机将惯性转动较长时间。

以上只是从原理上描述了H 桥驱动，而实际应用中很少用开关构成桥臂，通常使用晶体管，因为控制更为方便，速度寿命都长于有接点的开关（继电器）。

细分下来，晶体管有双极性和MOS管之分，而集成电路只是将它们集成而已，其实质还是这两种晶体管，只是为了设计、使用方便、可靠而做成了一块电路。
双极性晶体管构成的H桥和MOS管构成的H桥：

L298芯片的介绍

   L298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。

  该芯片的主要特点是:工作电压高，最高工作电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；

  内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载；

  具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作；

有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

L298对直流电动机控制的逻辑真值表

表格说明：其中C、D分别为IN1、IN2或IN3、IN4；L为低电平，H为高电平，※为不管是低电平还是高电平。

Ven：使能端电压

L298引脚功能表

5、编写编写直流电机控制程序

1.用L298芯片驱动直流电机，（通过按键）控制直流电机启动和停止。并且在proteus中进行仿真。

   代码参考：

#include <reg52.h>

#define  uint unsigned int

#define  uchar unsigned char

sbit moto = P3^4;

sbit K1 = P3^2;

sbit K2 = P3^3;

void Delay10ms()  //@11.0592MHz

{

unsigned char i, j;

i = 18;

j = 235;

do

{

while (--j);

} while (--i);

}

void main()

{

  moto = 0;

  while(1)

  {

     if(K1==0)

 {

  Delay10ms();

  if(K1==0)

  {

   moto = 1; //起动直流电动机运行

  }

 }

 else if(K2==0)

 {

  Delay10ms();

  if(K2==0)

  {

   moto = 0;  //直流电动机停止运行

  }

 }

  }

}

2.用L298芯片驱动直流电机，控制直流电机正转和反转。并且在proteus中进行仿真。

#include <reg52.h>

#define  uint unsigned int

#define  uchar unsigned char

sbit ENA = P2^2;

sbit IN1 = P2^0;

sbit IN2 = P2^1;

void Delay10000ms()  //@11.0592MHz

{

unsigned char i, j, k;

i = 71;

j = 10;

k = 171;

do

{

do

{

while (--k);

} while (--j);

} while (--i);

}

void main()

{

  while(1)

  {

    ENA = 1;//使能

IN1 = 1;

IN2 = 0; //正转

Delay10000ms();//正转延时

ENA = 1;  //使能

IN1 = 0;

IN2 = 1;  //反转

    Delay10000ms();//反转延时

ENA = 0;

Delay10000ms();//停止

  }

}

3.用L298芯片驱动直流电机，采用PWM控制直流电机转动速度。实现由慢到快，并且在proteus中进行仿真。

#include <reg52.h>

#define  uint unsigned int

#define  uchar unsigned char

sbit ENA = P2^2;

sbit IN1 = P2^0;

sbit IN2 = P2^1;

uint zhouqi=255,kaitong;

void DelayMs( uint Ms )

{

uchar i;

while (Ms--)

   {

     for ( i = 0; i < 5; i++ );

   }

}

void main()

{

  while(1)

  {

   for(kaitong=0;kaitong<zhouqi;kaitong++)

     {

   ENA = 1;

   DelayMs( kaitong );

   ENA = 0;

   DelayMs( zhouqi-kaitong );

 }

  }

}

【归纳总结】

直流电机启动、停止、正转、反转、调速。

【课外学习要求】

直流电机控制相关项目代码的编写

【课后分析及改进】

备注：根据学生上课的反映，学生的作业情况制定相应的改进措施。