基于單片機AT89S52的直流電機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)

第一章:前言1.1前言：直流電機的定義：將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能(直流電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。近年來，隨著科技的進步，直流電機得到了越來越廣泛的應用，直流具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣，過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速起動、制動和反轉(zhuǎn)，需要滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊要求，從而對直流電機提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已遠遠不能滿足現(xiàn)代科技的要求，這是通過PWM方式控制直流電機調(diào)速的方法就應運而生。 采取傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下的缺陷：模擬電路容易隨時間飄移，會產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對噪聲敏感等。而用PWM技術(shù)后，防止上述的缺點，實現(xiàn)了數(shù)字式控制模擬信號，可以大幅度減低本錢和功耗。并且PWM調(diào)速系統(tǒng)開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得平滑的直流電流，低速特性好；同時，開關(guān)頻率高，快響應特性好，動態(tài)抗干擾能力強，可獲很寬的頻帶；開關(guān)元件只需工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置的效率高，具有節(jié)約空間、經(jīng)濟好等特點。隨著我國經(jīng)濟和文化事業(yè)的開展，在很多場合，都要求有直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)來進行調(diào)速，諸如汽車行業(yè)中的各種風扇、刮水器、噴水泵、熄火器、反視鏡、賓館中的自動門、自動門鎖、自動窗簾、自動給水系統(tǒng)、柔巾機、導彈、火炮、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、飛機、坦克、火箭、雷達、戰(zhàn)車等場合。1.2本設(shè)計任務(wù):任務(wù):單片機為控制核心的直流電機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容以及技術(shù)參數(shù):功能主要包括：直流電機的正轉(zhuǎn)；直流電機的反轉(zhuǎn)；直流電機的加速；直流電機的減速；直流電機的轉(zhuǎn)速在數(shù)碼管上顯示；直流電機的啟動；直流電機的停止；第二章：總體設(shè)計方案總體設(shè)計方案的硬件局部詳細框圖如圖一所示。數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示按鍵控制單片機PWM電機驅(qū)動按鍵控制單片機PWM電機驅(qū)動鍵盤向單片機輸入相應控制指令，由單片機通過P1.0與P1.1其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應的PWM脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過信號放大、光耦傳遞，驅(qū)動H型橋式電動機控制電路，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示出來。電動機所處速度級以速度檔級數(shù)顯示。正轉(zhuǎn)時最高位顯示“三〞，其它三位為電機轉(zhuǎn)速；反轉(zhuǎn)時最高位顯示“F〞，其它三位為電機轉(zhuǎn)速。每次電動機啟動后開始顯示，停止時數(shù)碼管顯示出“0000〞。1、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計與分析電動機PWM驅(qū)動模塊的電路設(shè)計與實現(xiàn)具體電路見下列圖。本電路采用的是基于PWM原理的H型橋式驅(qū)動電路。PWM電路由復合體管組成H型橋式電路構(gòu)成，四局部晶體管以對角組合分為兩組：根據(jù)兩個輸入端的上下電平?jīng)Q定晶體管的導通和截止。4個二極管在電路中起防止晶體管產(chǎn)生反向電壓的保護作用，防止電動機兩端的電流和晶體管上的電流過大的保護作用。在實驗中的控制系統(tǒng)電壓統(tǒng)一為5v電源，因此假設(shè)復合管基極由控制系統(tǒng)直接控制，那么控制電壓最高為5V，再加上三極管本身壓降，加到電動機兩端的電壓就只有4V左右，嚴重減弱了電動機的驅(qū)動力?；谏鲜隹紤]，我們運用了TLP521-2光耦集成塊，將控制局部與電動機的驅(qū)動局部隔離開來。輸入端各通過一個三極管增大光耦的驅(qū)動電流；電動機驅(qū)動局部通過外接12V電源驅(qū)動。這樣不僅增加了各系統(tǒng)模塊之間的隔離度，也使驅(qū)動電流得到了大大的增強。在電動機驅(qū)動信號方面，我們采用了占空比可調(diào)的周期矩形信號控制。脈沖頻率對電動機轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶帶負載能力差脈沖頻率低那么反之。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，當電動機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，但加負載后，速度下降明顯，低速時甚至會停轉(zhuǎn)；脈沖頻率在10Hz以下，電動機轉(zhuǎn)動有明顯跳動現(xiàn)象。而具體采用的頻率可根據(jù)個別電動機性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過P10輸入高電平信號，P11輸入低電平，電機正轉(zhuǎn)；通過P10輸入低電平信號，P11輸入高電平，電機反轉(zhuǎn)；P10、P11同時為高電平或低電平時，電機不轉(zhuǎn)。通過對信號占空比的調(diào)整來對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。2、系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本系統(tǒng)編程局部工作采用KELI-C51語言完成，采用模塊化的設(shè)計方法，與各子程序做為實現(xiàn)各局部功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識別和功能、PWM脈寬控制和數(shù)碼管顯示等局部的設(shè)計。單片機資源分配如下表：P0顯示模塊接口鍵盤中斷P1鍵盤模塊接口P1.0/P1.1PWM電機驅(qū)動接口系統(tǒng)時鐘①PWM脈寬控制：本設(shè)計中采用軟件延時方式對脈沖寬度進行控制，延時程序函數(shù)如下：/*****************延時函數(shù)*************************/delays(){ uchari; for(i=5000;i>0;i--);}②鍵盤中斷處理子程序：采用中斷方式，按下鍵，完成延時去抖動、鍵碼識別、按鍵功能執(zhí)行。要實現(xiàn)按住加/減速鍵不放時恒加或恒減速直到放開停止，就需在判斷是否松開該按鍵時，每進行一次增加/減少一定的占空比。③顯示子程序：利用數(shù)組方式定義顯示緩存區(qū)，緩存區(qū)有8位，分別存放各個數(shù)碼管要顯示的值。④定時中斷處理程序：采用定時方式1，因為單片機使用12M晶振，可產(chǎn)生最高約為65.5ms的延時。對定時器置初值B1E0H可定時20ms，即系統(tǒng)時鐘精度可達0.02s。當20ms定時時間到，定時器溢出那么響應該定時中斷處理程序，完成對定時器的再次賦值，并對全局變量time加1，這樣，通過變量time可計算出系統(tǒng)的運行時間。3、軟件設(shè)計中的特點:對于電機的啟停，在PWM控制上使用漸變的脈寬調(diào)整，即開啟后由停止勻加速到默認速度，停止那么由于當前速度逐漸降至零。這樣有利于保護電機。鍵盤處理上采用中斷方式，不必使程序?qū)︽I盤反復掃描，提高了程序的效率。第三章：系統(tǒng)硬件電路設(shè)計整體框圖如下：第四章：系統(tǒng)功能調(diào)試仿真整體圖如下：直流電機的調(diào)試功能仿真如下列圖：1、正轉(zhuǎn)時，電機正轉(zhuǎn)，數(shù)碼管最高位顯示“三〞,其它三位先所給定頻率，如下列圖：2、反轉(zhuǎn)時，電機反轉(zhuǎn)，數(shù)碼管最高位顯示“F〞,其它三位先所給定頻率，如下列圖：3、輸出波形如下：4、加速分5檔，波形依次如下：5、減速分5檔，波形如下：第五章：程序見附件1第六章：PCB圖見附件2第七章：元件清單見附件3：心得體會略附件1/***************基于單片機AT89C51的直流電機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)*************//*******************地點：廣東松山職業(yè)技術(shù)學院************************//****************班級:2023級檢測技術(shù)及應用****************************//*****************指導老師：張軍濤***********************************//***************時間：2023年7月1日***********************************//************頭文件*********/#include<reg51.h>#include<absacc.h>#include<intrins.h>/**************************//********自定義變量********/#defineuintunsignedint//自定義變量#defineucharunsignedcharchargw,sw,bw,qw;ucharj;//定時次數(shù)，每次20msucharf=5;//計數(shù)的次數(shù)sbitP10=P1^0;//PWM輸出波形1sbitP11=P1^1;//PWM輸出波形2sbitP12=P1^2; //正反轉(zhuǎn)sbitP13=P1^3; //加速sbitP14=P1^4; //減速sbitP15=P1^5; //停止sbitP16=P1^6;//啟動uchark;uchart;//脈沖加減/**************************/*/*********控制位定義********************/ucharcodesmg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71};//程序存儲區(qū)定義字型碼表chardataled[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};//位碼uintx; //數(shù)碼管顯示的數(shù)值display();//數(shù)碼管顯示 delays();//延時函數(shù)key();displays();/*****************************************//***************主函數(shù)********************/main(void){ TMOD=0x51; //T0方式1定時計數(shù) T1方式1計數(shù) TH0=0xb1; //裝入初值 20MS TL0=0xe0; TH1=0x00;//計數(shù)567 TL1=0x00; TR0=1;//啟動t0 TR1=1;//啟動t1 gw=sw=bw=qw=0;//數(shù)碼管初始化 P0=0xc0; P2=1; while(1)//無限循環(huán) { display();//數(shù)碼管顯示 key(); }}/*****************************************//***************數(shù)碼管顯示****************/display(){ uchari; gw=x%10;//求速度個位值，送到個位顯示緩沖區(qū) sw=(x/10)%10;//求速度十位值，送到十位顯示緩沖區(qū) bw=(x/100)%10;//求速度百位值，送到百位顯示緩沖區(qū) qw=x/1000;//求速度千位值，送到千位顯示緩沖區(qū) for(i=0;i<4;) { P2=led[i]; if(i==0)//顯示個位 { P0=smg[gw]; 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