自动化工程训练报告1.docx

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自动化工程训练报告1

电气工程及自动化

工程训练报告

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设计时间：

第一部分电气元器件认识报告

根据《电气工程及自动化工程训练》任务书的要求，在这次工程训练中，我们要对常用的电器及其元件的型号，结构，参数，特点工作原理、用途、注意事项等做到非常熟悉，心中有数。

下面是老师给我们的讲解的和我自己在网上查找之后做的总结。

一、电阻

电阻在电路中用“R”加数字表示，如：

R1表示编号为1的电阻。

电阻在电路中的主要作用为：

分流、限流、分压、偏置等。

1、参数识别：

电阻的单位为欧姆（Ω），倍率单位有：

千欧（KΩ），兆欧（MΩ）等。

换算方法是：

1兆欧=1000千欧=1000000欧。

电阻的参数标注方法有3种，即直标法、色标法和数标法。

a、数标法主要用于贴片等小体积的电路，如：

472表示47×100Ω（即4.7K）；104则表示100K。

b、色环标注法使用最多，现举例如下：

四色环电阻五色环电阻（精密电阻）

四色环电阻：

第一色环是十位数，第二色环是个位数，第三色环是应乘颜色次幂颜色次，第四色环是误差率

五色环电阻：

五色环电阻最后一环为误差，前三环数值乘以第四环的颜色次幂颜色次

2、电阻的色标位置和倍率关系如下表所示：

颜色有效数字倍率允许偏差（%）

银色/x0.01±10

金色/x0.1±5

黑色00/

棕色1x10±1

红色2x100±2

橙色3x1000/

黄色4x10000/

绿色5x100000±0.5

蓝色6x1000000±0.2

紫色7x10000000±0.1

灰色8x100000000/

白色9x1000000000/

二、电容

1、电容在电路中一般用“C”加数字表示（如C13表示编号为13的电容）。

电容是由两片金属膜紧*，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。

电容的特性主要是隔直流通交流。

电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。

容抗XC=1/2πfc（f表示交流信号的频率，C表示电容容量）电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。

2、识别方法：

电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。

电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：

毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。

其中：

1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法，容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10uF/16V，容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示。

字母表示法：

1m=1000uF1P2=1.2PF1n=1000PF

数字表示法：

一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。

如：

102表示10×102PF=1000PF224表示22×104PF=0.22uF

3、电容容量误差表

符号FGJKLM

允许误差±1%±2%±5%±10%±15%±20%

如：

一瓷片电容为104J表示容量为0.1uF、误差为±5%。

三、晶体二极管

晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如：

D5表示编号为5的二极管。

1、作用：

二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。

正因为二极管具有上述特性，无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。

电话机里使用的晶体二极管按作用可分为：

整流二极管（如1N4004）、隔离二极管（如1N4148）、肖特基二极管（如BAT85）、发光二极管、稳压二极管等。

2、识别方法：

二极管的识别很简单，小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极），也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。

发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。

3、测试注意事项：

用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。

4、常用的1N4000系列二极管耐压比较如下：

型号1N40011N40021N40031N40041N40051N40061N4007

耐压（V）501002004006008001000

电流（A）均为1

四、晶体三极管

晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示，如：

Q17表示编号为17的三极管。

1、特点：

晶体三极管（简称三极管）是内部含有2个PN结，并且具有放大能力的特殊器件。

它分NPN型和PNP型两种类型，这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补，所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。

电话机中常用的PNP型三极管有：

A92、9015等型号；NPN型三极管有：

A42、9014、9018、9013、9012等型号。

2、晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用，在常见电路中有三种接法。

共发射极电路共集电极电路（射极输出器）共基极电路

五、场效应晶体管放大器

1、场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点，因而也被广泛应用于各种电子设备中。

尤其用场效管做整个电子设备的输入级，可以获得一般晶体管很难达到的性能。

2、场效应管分成结型和绝缘栅型两大类，其控制原理都是一样的。

3、场效应管与晶体管的比较

（1）场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。

在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。

（2）场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电。

被称之为双极型器件。

（3）有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管好。

（4）场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。

六、可控硅

可控硅（SCR）国际通用名称为Thyyistoy，中文简称晶闸管。

它能在高电压、大电流条件下工作，具有耐压高、容量大、体积小等优点，它是大功率开关型半导体器件，广泛应用在电力、电子线路中。

1.可控硅的特性。

可控硅分单向可控硅、双向可控硅。

单向可控硅有阳极A、阴极K、控制极G三个引出脚。

双向可控硅有第一阳极A1（T1），第二阳极A2（T2）、控制极G三个引出脚。

只有当单向可控硅阳极A与阴极K之间加有正向电压，同时控制极G与阴极间加上所需的正向触发电压时，方可被触发导通。

此时A、K间呈低阻导通状态，阳极A与阴极K间压降约1V。

单向可控硅导通后，控制器G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K之间仍保持正向电压，单向可控硅继续处于低阻导通状态。

只有把阳极A电压拆除或阳极A、阴极K间电压极性发生改变（交流过零）时，单向可控硅才由低阻导通状态转换为高阻截止状态。

单向可控硅一旦截止，即使阳极A和阴极K间又重新加上正向电压，仍需在控制极G和阴极K间有重新加上正向触发电压方可导通。

单向可控硅的导通与截止状态相当于开关的闭合与断开状态，用它可制成无触点开关。

双向可控硅第一阳极A1与第二阳极A2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极G和第一阳极A1间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通呈低阻状态。

此时A1、A2间压降也约为1V。

双向可控硅一旦导通，即使失去触发电压，也能继续保持导通状态。

只有当第一阳极A1、第二阳极A2电流减小，小于维持电流或A1、A2间当电压极性改变且没有触发电压时，双向可控硅才截断，此时只有重新加触发电压方可导通。

2.单向可控硅的检测。

万用表选电阻R*1Ω挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻直至找出读数为数十欧姆的一对引脚，此时黑表笔的引脚为控制极G，红表笔的引脚为阴极K，另一空脚为阳极A。

此时将黑表笔接已判断了的阳极A，红表笔仍接阴极K。

此时万用表指针应不动。

用短线瞬间短接阳极A和控制极G，此时万用表电阻挡指针应向右偏转，阻值读数为10欧姆左右。

如阳极A接黑表笔，阴极K接红表笔时，万用表指针发生偏转，说明该单向可控硅已击穿损坏。

3.双向可控硅的检测。

用万用表电阻R*1Ω挡，用红、黑两表笔分别测任意两引脚间正反向电阻，结果其中两组读数为无穷大。

若一组为数十欧姆时，该组红、黑表所接的两引脚为第一阳极A1和控制极G，另一空脚即为第二阳极A2。

确定A1、G极后，再仔细测量A1、G极间正、反向电阻，读数相对较小的那次测量的黑表笔所接的引脚为第一阳极A1，红表笔所接引脚为控制极G。

将黑表笔接已确定的第二阳极A2，红表笔接第一阳极A1，此时万用表指针不应发生偏转，阻值为无穷大。

再用短接线将A2、G极瞬间短接，给G极加上正向触发电压，A2、A1间阻值约10欧姆左右。

随后断开A2、G间短接线，万用表读数应保持10欧姆左右。

互换红、黑表笔接线，红表笔接第二阳极A2，黑表笔接第一阳极A1。

同样万用表指针应不发生偏转，阻值为无穷大。

用短接线将A2、G极间再次瞬间短接，给G极加上负的触发电压，A1、A2间的阻值也是10欧姆左右。

随后断开A2、G极间短接线，万用表读数应不变，保持在10欧姆左右。

符合以上规律，说明被测双向可控硅未损坏且三个引脚极性判断正确。

检测较大功率可控硅时，需要在万用表黑笔中串接一节1.5V干电池，以提高触发电压。

晶闸管（可控硅）的管脚判别

晶闸管管脚的判别可用下述方法：

先用万用表R*1K挡测量三脚之间的阻值，阻值小的两脚分别为控制极和阴极，所剩的一脚为阳极。

再将万用表置于R*10K挡，用手指捏住阳极和另一脚，且不让两脚接触，黑表笔接阳极，红表笔接剩下的一脚，如表针向右摆动，说明红表笔所接为阴极，不摆动则为控制极。

压敏电阻一般并联在电路中使用，当电阻两端的电压发生变化并超出额定值时，电阻内阻急剧变小，呈现短路状态，将串连在电路上的电流保险丝熔断，起到保护作用。

压敏电阻在电路中，常用于电源过压保护和稳压。

用压敏电阻三参数测试仪，可测出压敏电压，漏电流，@线形系数。

交流接触器

在业余工作情况下，测量时将万用表置10k档，表笔接于电阻两端，万用表上应显示出压敏电阻上标示的阻值，如果偏离这个数值很大，则说明压敏电阻已损坏。

七、交流接触器

交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。

它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。

主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。

交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。

交流接触器主要有四部分组成:

（1）电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；

（2）触头系统,包括三组主触头和一至两组常开、常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；（3）灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；（4）绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。

当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。

当线圈断电时,吸力消失,动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源

使用接法：

一:

一般三相接触器一共有8个点，三路输入，三路输出，还有是控制点两个。

输出和输入是对应的，很容易能看出来。

如果要加自锁的话，则还需要从输出点的一个端子将线接到控制点上面。

　　二:

首先应该知道交流接触器的原理。

他是用外界电源来加在线圈上，产生电磁场。

加电吸合，断电后接触点就断开。

知道原理后，你应该弄清楚外加电源的接点，也就是线圈的两个接点，一般在接触器的下部，并且各在一边。

其他的几路输入和输出一般在上部，一看就知道。

还要注意外加电源的电压是多少（220V或380V），一般都标得有。

并且注意接触点是常闭还是常开。

如果有自锁控制，根据原理理一下线路就可以了。

八、空气开关

空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。

除了能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路．严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。

在正常情况下，过电流脱扣器的衔铁是释放着的；一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路串联的线圈就将产生较强的电磁吸力把衔铁往下吸引而顶开锁钩，使主触点断开。

欠压脱扣器的工作恰恰相反，在电压正常时，电磁吸力吸住衔铁，主触点才得以闭合。

一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触点断开。

当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作，实现了失压保护。

　　因为绝缘方式有很多，有油开关，真空开关和其它惰性气体（六氟化硫气体）的开关。

空气开关就是利用了空气来熄灭开关过程中产生的电弧。

所以叫空气开关。

九、晶体管时间继电器

在敏感元器件获得信号后，执行器件要延迟一段时间才动作的继电器叫做时间继电器。

时间继电器可分为通电延时型和断电延时型。

时间继电器种类很多，按工作原理划分，时间继电器可分为电磁式、空气阻尼式、晶体管式和数字式等。

在实验室中我们看到了晶体管时间继电器，然后查相关资料了解如下：

单结晶体管通电延时电路框图，全部电路由延时环节、鉴幅器、输出电路、电源和指示灯五部分组成，电路如下图所示。

单结晶体管时间继电器通电延时电路如下图所示：

电源的稳压部分由R1和稳压管V3构成，供给延时和鉴幅。

输出电路中的晶闸管VT和继电器K则由整流电源直接供电。

电容C2的充电回路有两条，一条通过电阻RW1和R2，另一条是通过由低阻值RW2、R4、R5组成的分压器经二极管V2向电容C2提供的预充电路。

电路的工作原理是，当接通电源后，经二极管V1整流、电容C1滤波以及稳压管V3稳压的直流电压通过RW2、R4、V2向电容C2以极小的时间常数充电。

与此同时，也通过RW1和R2向电容充电。

电容C2上电压相当于R5两端预充电压的基础上按指数规律逐渐升高。

当此电压大于单结晶体管V4的峰值电压时，单结晶体管导通，输出电压脉冲触发晶闸管VT，VT导通后使继电器K吸合，除用其触点来接通或断开电路外，还利用其另一常开触点将C2短路，使之快速放电，为下次使用作准备。

此时氖指示灯N启辉。

当切断电源时K释放，电路恢复原态，等待下次动作。

由于电路设有稳压环节，且RC与鉴幅器共用一个电源，因此电源电压波动基本上不产生延时误差。

为了减少由温度变化引起的误差，采用了钽电解电容器，其电容量和漏电流为正温度系数，而单结晶体管的UP略呈负温度系数，二者可以适当补偿，所以综合误差不大于10%。

对于抗干扰能力，JS20型在晶闸管VT和单结晶体管V4处分别接有电容C4和C3，用来防止电源电压的突变而引起的误导通。

第二部分DSP控制步进电机系统报告

摘要

本文介绍了基于TMS320C54X实现由dsp编程对步进电机控制的系统软硬件构成，并介绍了有关dsp及步进电机的相关知识。

该设计结构简单，容易理解，具有很强的扩展性。

关键词：

dsp，步进电机，数字pwm

第一章dsp有关知识的介绍

1、DSP芯片的基本结构

DSP的主要基本结构包括：

（1）哈佛结构哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。

与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。

由于程序和数据存储在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠。

（2）多总线结构许多DSP内部都采用了多总线结构，这样保证在一个机器周期内，可以同时访问数据和程序存储空间。

因此，可以解决传统芯片的总线冲突问题，使系统的速度和效率提高。

（3）流水线操作流水线与哈佛结构相关。

DSP广泛采用流水线，以减少指令执行的时间，从而增强了处理器的处理能力。

处理器可以并行处理2～4条指令，每条指令处于流水线的不同阶段。

TMS320VC5402有6级流水线。

在设计滤波器时，采用repeat指令重复执行macd指令，可以大大提高数据的处理速度。

macd指令执行时需要三个周期，但用repeat指令执行macd，进入流水线后只要一个周期就可以执行一次macd指令。

（4）专用的硬件乘法器乘法速度越快，DSP的性能越高。

由于具有专用的应用乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。

（5）特殊的DSP指令为了更好地满足数字信号处理应用的需要，在DSP指令系统中设计了一些特殊的DSP指令，以完成一些专门的运算。

例如C5402DSP的FIRS指令，专门用于FIR滤波运算。

macd指令可以实现乘法累加运算，

。

LMS指令可以实现LMS算法。

（6）快速的指令周期哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令，再加上集成电路的优化设计，可使DSP的指令周期在纳秒级。

早期的DSP的指令周期约为400ns，其运算速度为5MIPS（每秒执行5百万条指令）。

随着集成电路工艺的发展，DSP广泛采用亚微米CMOS制造工艺，其运行速度越来越快。

以TMS320C54x为例，其运行速度可达100MIPS。

（7）多处理单元DSP内部一般都包括多个处理单元，如算术逻辑运算单元、辅助寄存器运算单元、累加器以及硬件乘法器等。

它们可以在一个指令周期内同时进行运算。

DSP的这种多处理单元结构，特别适用于FIR和IIR滤波器。

2、DSP芯片的基本特征

数据信号处理技术在近几年得到迅速的发展，应用非常广泛，是因为有了如下的优点：

（1）接口方便DSP应用系统与其他以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的，它与这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口要容易得多。

（2）编程方便DSP应用系统中的可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。

（3）稳定性好DSP应用系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小、可靠性高。

（4）精度高16位数字系统可以达到

级的精度。

（5）可重复性好模拟系统的性能受元器件参数性能变化的影响比较大，而数字系统基本不受影响，因此数字系统便于测试、调试和大规模生产。

（6）集成方便DSP应用系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。

3、TI公司TMS320VC5402DSP芯片的硬件结构

3.1中央处理单元

C5402DSP的CPU的基本组成如下：

（1）40位的算术逻辑单元（ALU）。

（2）2个40位累加器寄存器。

（3）提供了一个16～31位的桶式移位器。

（4）乘法器/加法器单元。

（5）16位的临时寄存器（T）。

（6）16位的状态转移寄存器（TRN）。

（7）CPU的状态和控制寄存器。

（8）比较、旋转和存储单元（CSSU）。

（9）指数编码器。

下面介绍C5402DSP的CPU各组成部分的原理和特点，并讲述CPU的状态和控制寄存器。

（1）CPU状态和控制寄存器：

C5402DSP有三个状态和控制寄存器：

①状态寄存器0（ST0）。

②状态寄存器1（ST1）。

③处理器工作模式状态寄存器（PMST）。

其中，ST0和ST1中包含各种工作条件和工作方式的状态；PMST中包含存储器的设置状态及控制信息。

因为这些寄存器都是存储器映射寄存器，所以它们可以存放到数据存储器或者从数据存储器加载它们；处理器的状态可以由子程序或者中断服务程序（ISR）保存或恢复。

状态寄存器ST0和ST1

ST0和ST1寄存器的各位可以使用SSBX和RSBX指令来设置和清除。

表3.1,3.2为它们各自的对应位：

表3.1状态寄存器ST0的位

15～13

12

11

10

9

8～0

ARP

TC

C

OVA

OVB

DP

表3.2状态寄存器ST1的位

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4～0

BRAF

CPL

XF

HM

INTM

0

OVM

SXM

C16

FRCT

CMPT

ASM

处理器工作模式状态寄存器（PMST）

PMST寄存器由存储器映射寄存器指令进行加载，例如STM指令。

PMST寄存器的位如表3.3所示：

表3.3PMST的位

15～7

6

5

4

3

2

1

0

IPTR

MP/MC#

OVLY

AVIS

DROM

CLKOFF

SMUL

SST

此次设计，设置MP/MC=0，OVLY=1，片上物理ROM会映射到F000H至FFFFH地址范围，0080H-3FFFH被片上双访问RAM占据。

其中80H-3080H为程序区，3080H-3FFFH为数据区，FF80H-FFFFH为中断向量表存储区。

（2）算术逻辑单元（ALU）

图3.1为40位ALU，执行算术和逻辑操作功能。

大部分算术逻辑运算指令都是单周期指令。

一个运算操作在ALU执行之后，运算结果通常被传送到目的累加器（累加器A和B）中，执行存储操作指令（ADDM、ANDM、ORM、和XROM）例外。

此次IIR算法中的乘法和累加都是在ALU中执行的。

图3.140位ALU功能框图

（3）累加器A和B

累加器A和B都可以配置成乘法器单元或ALU的目的寄存器。

此外，在执行MIN和MAX指令或者并行指令LD||DMC时，都要用到它们，此时，一个累加器加载数据，另一个累加器完成运算。

累加器A和B均可分为3部分，如表3.4,3.5所示：

表3.4累加器A

39～32

31～16

15～0

AG

AH

AL

保护位

高16位

低16位

表3.5累加器B

39～32

31～16

15～0

BG

BH

BL

保护位

高16位

低16位

（4）桶形移位器

桶形移位器用来为输入的数据定标，可以进行如下的操作：

①在ALU运算前，对来自数据存储器的操作数或者累加器的值进行预定标。

②执行累加器值的一个逻辑或算术移位。

③对累加器的值进行归一化处理。

④对存储到数据存储器之前的累加器的值进行定标。

（5）乘法器/加法器单元

C5402DSP的CPU有一个17位×17位的硬件乘法器，它与一个40位专用加法器相连。

乘法器/加法器单元可以在一个流水线状态周期内完成一次乘法和累加（MAC）运算。

（6）指数编码器

指数编码器也是一个专用硬件，它专门用于在单个周期内执行EXP指令。

使用EXP指令，可以将累加器中的指数值，以2的补码形式（-8～31）存放到T寄存器中。

3.2存储器和I/O空间

（1）TMS320C5402DSP存储器概述

C5402DSP总共具有192K字16位的存储器空间。

这些空间可分为三种专门的存储器空间，即64K字的程序空间、64K字的数据空间和64K字的I/O空间。

在某些C54XDSP中，存储器结构已经被修改位重叠和页面调度结构，以允许使用额外的存储器空间。

（2）存储器空间

C5402DSP的存储器空间可以分成三个可单独选择的空间，即程序、数据和I/O空间。

在任何一个存储空间内，RAM、ROM、FLASH、EEPROM或存储器映射外设都可以驻留在片内或者片外。

（3）程序