Конспект содержит материалы, излагаемые в лекционном курсе, с необходимыми рисунками и схемами

1.3. Многоразрядные цифровые индикаторы.
Сегментные или мозаичные многоразрядные индикаторы подключаются к микроконтроллеру относительно просто. В их составе имеется собственный микроконтроллер, данные к которому передаются по параллельному или последовательному интерфейсу. Способы подключения описываются в руководствах пользователя на конкретную модель индикатора. Пример подключения 16-знакового мозаичного ЖКИ DV-16100 производства Data Vision с параллельным интерфейсом показан на рис. 40 [5].



Рис. 40. Подключение многоразрядного индикатора

2. Электродвигатели

Для управления электродвигателем требуется реализация следующих функций:

– включение и выключение;
– изменение направления вращения (реверс);
– изменение скорости вращения.
Включение и выключение электродвигателя осуществляется подходящей по параметрам питания схемой коммутации из числа уже рассмотренных. Другие функции реализуются в зависимости от типа двигателя.


2.1. Двигатели постоянного тока.
Для изменения направления вращения ДПТ требуется изменить полярность питающего напряжения. Обычно это реализуется схемой с четырьмя ключами (рис.41) [10].

Рис. 41. Схема реверсирования двигателя постоянного тока

Из рисунка видно, что при коммутации двигателя ключами K1 и K4 двигатель будет вращаться в одну сторону, ключами K2 и K3 – в другую. Выбор ключей зависит от параметров питания двигателя. Это могут быть, например, транзисторные ключи или контакты реле.

С использованием такой схемы кроме реверсирования можно управлять скоростью вращения двигателя. Регулирование величины питающего напряжения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Суть метода заключается в том, что ключи работают не постоянно, а в импульсном режиме с постоянной частотой импульсов. При этом, изменяя длительность импульсов, можно задавать различное действующее значение напряжения на двигателе, а значит и скорость вращения. Диаграммы напряжений показаны на рис. 42.



Рис. 42. Диаграммы напряжений на двигателе

На верхней диаграмме длительность импульса (время замыкания ключа) в два раза меньше периода ШИМ, соответственно действующее напряжение на двигателе в два раза меньше напряжения питания. На нижней диаграмме это коэффициент равен 0,75, соответственно возрастает действующее напряжение. Пульсации напряжения сглаживаются индуктивной нагрузкой в виде якоря двигателя, и напряжении имеет вид, показанный красным.

Маломощными двигателями с напряжением питания до 10 В можно управлять с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП), как показано на рис. 43 [10].



Рис. 43. Управление двигателем через ЦАП (двухквадрантное умножение)

На рисунке показана схема включения ЦАП с двухквадрантным умножением. Напряжение на выходе U_цап зависит от входного кода, а полярность переключается цепочкой на операционном усилителе внизу схемы.

В другом варианте схемы (рис. 44) полярность выходного напряжения также как и величина зависит от входного кода [10].

Рис. 44. Управление двигателем через ЦАП (четырехквадрантное умножение)


2.2. Однофазные двигатели переменного тока [10]
Для управления используются несколько способов: амплитудный, частотный, фазовый. При управлении от микроконтроллера наиболее удобен амплитудный, когда скоростью вращения управляют изменением действующего значения питающего напряжения. На рис. 45 показана схема управления с тиристорным ключом.
Для правильного управления тиристором управляющие импульсы должны быть синхронизированы с фазой питающего сетевого напряжения U_с. Формирователь F2 подает на вход микроконтроллера импульс U_F1 каждый раз, когда синусоида сетевого напряжения проходит через ноль. Через интервал времени T_у, функционально связанный с требуемой частотой вращения, микроконтроллер выводит на формирователь F1 импульс, который преобразуется в импульс U_F2, открывающий тиристор. Таким образом, на обмотку управления ОУ двигателя попадает напряжение сложной формы (см. рис. 46), действующее значение которого функционально связано с интервалом времени T_у.



Рис. 45. Схема управления однофазным двигателем переменного тока



Рис. 46. Диаграммы напряжений к рис. 45
На рис. 46 хорошо видно, что при увеличении T_у уменьшается площадь под кривой напряжения на двигателе U_д (закрашена серым), следовательно, уменьшается действующее напряжение и как результат скорость вращения.
Цепочка из четырех диодов на рис. 45 нужна, чтобы при любой полуволне питающего напряжения ток через тиристор имел одно и тоже направление. Диоды не потребуются при использовании симистора (см. рис. 35).
Для изменения направления вращения обмотки управления и возбуждения ОУ и ОВ меняют местами. Такое переключение может быть реализовано с помощью реле.