單片機控制直流電動機——課程設(shè)計(共17頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄一、 設(shè)計目的二、 設(shè)計任務(wù)和要求三、 設(shè)計原理分析四、 硬件資源及原理五、 硬件圖六、 程序框圖七、 程序八、 調(diào)試運行九、 仿真截圖十、 設(shè)計心得體會一、設(shè)計目的1、通過單片機課程設(shè)計，熟練掌握C語言的編程方法，將理論聯(lián)系到實踐中，提高我們的動腦和動手的能力。2、通過對單片機控制直流電動機控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換的有關(guān)原理，加深對PWM波的理解和使用，同時對單片機的使用更加熟練，通過對簡單程序的編寫提高我們的邏輯抽象能力。二、設(shè)計任務(wù)和要求任務(wù)：采用單片機設(shè)計一個控制直流電動機并測量轉(zhuǎn)速的裝置。要求: 1、通過改變A/D輸入端的可變電阻來改變

2、A/D輸入電壓，D/A輸入檢測量大小，進而改變直流電機的轉(zhuǎn)速。2、手動控制。在鍵盤上設(shè)置兩個按鍵直流電動機加速鍵和直流電機減速鍵。在手動狀態(tài)下，每按一次鍵，電機的轉(zhuǎn)速按照約定的速率改變。3、鍵盤列掃描(4*6)。三、設(shè)計原理分析1. 設(shè)計思路本文設(shè)計的直流PWM調(diào)速系統(tǒng)采用的是調(diào)壓調(diào)速。系統(tǒng)主電路采用大功率GTR為開關(guān)器件、H橋單極式電路為功率放大電路的結(jié)構(gòu)。PWM調(diào)制部分是在單片機開發(fā)平臺之上，運用匯編語言編程控制。由定時器來產(chǎn)生寬度可調(diào)的矩形波。通過調(diào)節(jié)波形的寬度來控制H電路中的GTR通斷時間，以達到調(diào)節(jié)電機速度的目的。增加了系統(tǒng)的靈活性和精確性，使整個PWM脈沖的產(chǎn)生過程得到了大大的簡化

3、。設(shè)計以AT89C51單片機為核心，以鍵盤作為輸入達到控制直流電機的啟停、速度和方向，完成了基本要求和發(fā)揮部分的要求。在設(shè)計中，采用了PWM技術(shù)對電機進行控制，通過對占空比的計算達到精確調(diào)速的目的。本文介紹了直流電機的工作原理和數(shù)學(xué)模型、脈寬調(diào)制控制原理和H橋電路基本原理設(shè)計了驅(qū)動電路的總體結(jié)構(gòu)，根據(jù)模型，利用PROTEUS軟件對各個子電路及整體電路進行了仿真，確保設(shè)計的電路能夠滿足性能指標(biāo)要求，并給出了仿真結(jié)果。2、 基本原理主體電路：即直流電機PWM控制模塊。PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。這部分電路主要由

4、80C51單片機的I/O端口、定時計數(shù)器、外部中斷擴展等控制直流電機的加速、減速，并且可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，還可以方便的讀出電機轉(zhuǎn)速的大小和了解電機的轉(zhuǎn)向，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。其間是通過80C51單片機產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號并輸入到L298驅(qū)動芯片來控制直流電機工作的。四、硬件資源及原理1.1直流電機調(diào)速原理直流電動機根據(jù)勵磁方式不同，直流電動機分為自勵和他勵兩種類型。不同勵磁方式的直流電動機機械特性曲線有所不同。但是對于直流電動機的轉(zhuǎn)速有以下公式： n=U/Cc-TR內(nèi)/CrCc 其中：U電壓；勵磁繞組本身的電阻；每極磁通(Wb)；Cc電勢常數(shù)；Cr轉(zhuǎn)矩常量。由上式可知，直流電機的

5、速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場控制法。磁場控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時受到磁極飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應(yīng)較差。所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的方法是電樞控制法。圖1-1 直流電機的工作原理圖電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機的電樞上，以控制電機的轉(zhuǎn)速。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制(PWM)應(yīng)用更為廣泛。脈寬調(diào)速利用一個固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，即改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，因此，P

6、WM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 圖1-2電樞電壓占空比和平均電壓的關(guān)系圖根據(jù)上圖，如果電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為，占空比為D=/T，則電機的平均速度為：，可見只要改變占空比D，就可以得到不同的電機速度，從而達到調(diào)速的目的。12直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)方式PWM為主控電路的調(diào)速系統(tǒng)：基于單片機類由軟件來實現(xiàn)PWM，在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個重要參數(shù)在電源電壓不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比D的大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達到調(diào)速的目的。改變占空比D的值有三種方法： A、定寬調(diào)頻法：保持不變，只改變t，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。（圖1-2）B、調(diào)寬調(diào)頻法：

7、保持t不變，只改變，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。（圖1-2）C、定頻調(diào)寬法：保持周期T(或頻率)不變，同時改變和t。（圖1-2）前兩種方法在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期(或頻率)，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來改變占空 比從而改變直流電動機電樞兩端電壓。1.3 89C51單片機圖 1-3 89C51單片機2 硬件電路設(shè)計2.1 pwm波的實現(xiàn) 隨計算機技術(shù)及電力電子技術(shù)的發(fā)展，PWM波形采用軟件方法實現(xiàn)顯得非常靈活和實用，以89C51單片機為控制核心,晶振頻率為12MHz定 時計數(shù)器TO,T1作定時器使用，工作在方式1，定時時間為0.1ms，若P

8、WM波形的頻率為50 Hz ，占空比為1：1，則和 R0載入30H和31H單元的值初始100,若在程序中利用按鍵產(chǎn)生中斷調(diào)用來改變30H和31H單元的值就可以改變占空比.系統(tǒng)流程圖如圖2-1所示 ： 開始系統(tǒng)初始化發(fā)加速命令加速發(fā)減速命令減速調(diào)用子程序圖 2-1 程序流程圖2.2直流電動機驅(qū)動在直流電動機的驅(qū)動中對大功率的電動機常采用IGBT作為主開關(guān)元件,對中小功率的電機常采用功率場效應(yīng)管作為主開關(guān)元件.另外還可以采用集成電路來完成對電機的驅(qū)動，系統(tǒng)采用集成電路L298來驅(qū)動電機圖2-2 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能引腳圖L298是雙H高電壓大電流功率集成電路.直接采用 L邏輯電平控制,可以驅(qū)動繼

9、電器、直流電動機 、步進電動機等電感性負(fù)載。其內(nèi)部有兩個完全相同的功率放大回路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能如圖 2-2所示。L298 引腳符號及功能SENSA、SENSB：分別為兩個H橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地ENA 、ENB：使能端，輸入PWM信號 IN1、IN2、IN3、IN4：輸入端，TTL邏輯電平信號OUT1、OUT2、OUT3、OUT4：輸出端，與對應(yīng)輸入端同邏輯VCC：邏輯控制電源，4.57V GND:地VSS：電機驅(qū)動電源，最小值需比輸入的低電平電壓高當(dāng)使能端為高電平時，輸入端IN1為PWM信號,IN2為低電平信號時,電機正轉(zhuǎn)；輸入端IN1為低電平信號，IN2為PWM信號時,電

10、機反轉(zhuǎn);IN1與IN2相 同時,電機快速停止。當(dāng)使能端為低電平時,電動機停止轉(zhuǎn)動。五、硬件圖六、程序框圖1、主程序框圖系統(tǒng)初始化啟動從鍵盤發(fā)命令送入intx中（x=0或1）定時中斷給電機輸入脈沖電機轉(zhuǎn)動，數(shù)碼管顯示速度 開始 結(jié)束2、中斷服務(wù)程序框圖中斷響應(yīng)設(shè)置中斷返回地址返回七、程序#include<reg51.h>#define uchar unsigned charuchar TABLE10=0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90;unsigned int frq1,c;void delay(unsigned int

11、 k)unsigned int i,j;for(i=0;i<k;i+)for(j=0;j<121;j+);void display()uchar qian,bai,shi,ge;qian=0;bai=0;shi=0;ge=0;c=frq1;qian=c/1000;bai=c/100%10;shi=c/10%10;ge=c%10;P1=0x01;P2=TABLEqian;delay(5);P1=0x02;P2=TABLEbai;delay(5);P1=0x04;P2=TABLEshi;delay(5);P1=0x08;P2=TABLEge;delay(5);void chang(vo

12、id) interrupt 0 using 0if(INT0=0)while(!INT0)frq1+;void main()unsigned int i=0;while(1)TMOD=0x01;TH0=55536/256;TL0=55536%256;TR0=1;EA=1;EX0=1;while(TF0=1)i+;if(i=10) display();frq1=0;TF0=0; 調(diào)速程序#include"reg51.h"#include"intrins.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned i

13、ntsbit P20=P20;sbit P21=P21;uchar flag=0;/*高低電平標(biāo)志*/bit direction=0;/*方向標(biāo)志*/static uchar constant=1;/可以改變占空比void time0(void) interrupt 1 using 1 static uchar i;i+; /*頻率為固定的1kHZ左右，只是占空比發(fā)生變化*/if(i<=constant)flag=1;if(i<=10&&i>constant)flag=2;if(i=10) i=0;TH0=0X9C;TL0=0X9C;/*改變轉(zhuǎn)向標(biāo)志*/voi

14、d int1_srv (void) interrupt 2 using 2if(INT1=0)while(!INT0); constant-;if(constant=10)constant=0;/*中斷，調(diào)節(jié)占空比*/void change(void) interrupt 0 using 0if(INT0=0)while(!INT0); constant+;if(constant=10)constant=0;/*/void main()EA=1;TMOD=0x02;ET0=1;TR0=1;EX0=1;IT0=1;EX1=1;IT1=1;TH0=0X9C;TL0=0X9C;while(1)P21

15、=0;if(flag=1)flag=0;P20=1;if(flag=2)flag=0;P20=0;八、調(diào)試運行1、按硬件圖接線，加速減速按鈕分別接單片機的P3.2口、P3.3口，單片機輸出端口P2.0、P2.1接L298的IN1、IN2口，電動機測速端口接另一片單片機的INT0、INT1.2、開始運行系統(tǒng)，觀察數(shù)碼管，當(dāng)按下加速按鈕時數(shù)碼管顯示的電動機速度應(yīng)該加速，而當(dāng)按下減速按鈕時，數(shù)碼管顯示的速度應(yīng)該減小。3、運行系統(tǒng)看電動機速度是否符合要求，如不符合，則再調(diào)試，直至滿足要求。九、仿真截圖當(dāng)仿真開始運行時，各個模塊處于初始狀態(tài)。點擊左邊的獨立鍵盤加速或減速按鈕。顯示模塊便開始顯示數(shù)字。電機

16、的驅(qū)動模塊能夠?qū)崿F(xiàn)電機的加速、減速等操作。且改變PWM脈沖時的占空比電機的工作電壓改變。因此，從仿真結(jié)果可以看出，本設(shè)計可以得到預(yù)期仿真效果。圖9 仿真截圖十、心得體會這次單片機期末實訓(xùn)，凝結(jié)了很多老師的心血，在此我表示由衷的感謝。沒有老師們的幫助，我將無法順利完成這次實訓(xùn)。首先，我要特別感謝劉老師在這一學(xué)期里給我們上了單片機課。劉老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神讓我受益終生。作為一個本科生的實訓(xùn)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。因此，特別需要感謝各位老師給予的耐心細(xì)致的指導(dǎo)，在此，再一次向全體教師以及關(guān)心幫助我的教師同學(xué)表示最誠摯的謝意！在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。在這兩周的學(xué)習(xí)中，我深刻感覺到了