可逆PWM調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)報(bào)告解讀

1、目錄1. 題目 22. 題目分析及設(shè)計(jì)思路介紹 2（ 1）分析 2（ 2）可取的方案 33. 方案設(shè)計(jì)說(shuō)明 44. 單元電路設(shè)計(jì)說(shuō)明 5（ 1）、單片機(jī)最小系統(tǒng) 5（ 2）、輸入輸出設(shè)備 6（3）、H 橋驅(qū)動(dòng) 7（ 4）、片上 PWM 75. 完整電路原理分析 8附錄 1. 單片機(jī)程序流程圖 10附錄 2. 單片機(jī)程序流程圖 111. 題目設(shè)直流電機(jī)的額定工作電壓為 6V,功率為3W試設(shè)計(jì)一個(gè)可逆 PWM調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制電路，能在 0V、5V的方向控制電壓和0 5V 的轉(zhuǎn)速控制電壓的作用下，使電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速。電路形 式不限，作業(yè)具體要求如下：1. 畫(huà)出電路的系統(tǒng)框圖，說(shuō)明電路方案設(shè)計(jì)的

2、思路、理由或依 據(jù)；2. 分單元畫(huà)出各單元具體的電路圖，闡述電路的工作原理，介 紹電路中主要元器件的作用及其參數(shù)的確定原則或依據(jù)；3. 畫(huà)出完整的電氣原理圖，介紹整體電路的工作原理；4. 如果采用了單片機(jī)，給出單片機(jī)程序的流程圖和清單，說(shuō)明 程序的工作原理。注：本題難度系數(shù)為 1.52. 題目分析及設(shè)計(jì)思路介紹（1）分析電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)， 可以調(diào)換電源正負(fù)極和勵(lì)磁電源正負(fù)極， 對(duì) 于永磁直流電動(dòng)機(jī)， 只能調(diào)換電源正負(fù)極， 常見(jiàn)的玩具賽車中的就是 這種。單片機(jī)能給某個(gè) IO 高電平或低電平，但驅(qū)動(dòng)電機(jī)，沒(méi)有足夠 的驅(qū)動(dòng)能力（驅(qū)動(dòng)電流小，帶負(fù)載能力弱） ，利用三極管組成 H 橋式電路可以解決驅(qū)動(dòng)及

3、換向的問(wèn)題直流電機(jī)調(diào)速一般采用調(diào)電壓的方式，常用的方法是PWM調(diào)速， PWM名為秒沖寬度調(diào)制，可想而知就是調(diào)節(jié)占空比， STC12C5A60S2 片上集成了兩個(gè)PWM模塊，可以實(shí)現(xiàn)PWM，另外，用NE555也可 以實(shí)現(xiàn)PWM。（2）可取的方案H橋式電路方案有集成的和元器件組裝的。常用的 H橋IC有：L298 （雙 H 橋）、L9110H （單 H 橋）。PWM的方案有：STC12C5A60S2片上集成了 PWM模塊和NE555 占空比可調(diào)電路。NE555 占空比可調(diào)電路3. 方案設(shè)計(jì)說(shuō)明方案選擇：H 橋電路選擇：采用集成的 H 橋式芯片，相比于元器件組裝的 H 橋式電路，性能跟高，功耗更低，占

4、用面積小，因此選用 IC 。常用 的直流電機(jī)只需要單 H 橋就能完成轉(zhuǎn)向問(wèn)題， L298N 的驅(qū)動(dòng)電流可 以達(dá)到4A，工作電壓可達(dá)36V，但芯片價(jià)格相對(duì)較貴，對(duì)于一般小 電機(jī)而言有點(diǎn)大材小用了，用 L9110H 同樣可以實(shí)現(xiàn)，而且工作電壓 為2.5V-12V，峰值電流高達(dá)1.5A，持續(xù)電流高達(dá)0.8A，足以驅(qū)動(dòng)6V 3W 的直流電機(jī)，且芯片相對(duì)便宜，所以采用 L9110H 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。PWM電路選擇：NE555能產(chǎn)生占空比可調(diào)的方波，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單， 但方波頻率一般不可調(diào)（可調(diào)需添加滑動(dòng)變阻器，頻率調(diào)節(jié)范圍也 小），分立元件也多，而采用STC12C5A60S2片上集成了 PWM模塊， 可以實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)

5、，調(diào)頻范圍寬，占空比可調(diào)，分辨率高，為 1/256， 性能可靠，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，所以采用STC12C5A60S2片上集成了 PWM模 塊。最終采用STC12C5A60S2片上集成了 PWM模塊+L9110H驅(qū)動(dòng)模塊的方案4. 單元電路設(shè)計(jì)說(shuō)明(1)、單片機(jī)最小系統(tǒng)STC12C5A60S2有61K ROM ,不需要外接 ROM (沒(méi)有EA),單片機(jī)P0 口不用接上拉電阻，與傳統(tǒng) 51單片機(jī)不同，STC12C5A60S2通過(guò)設(shè)置相應(yīng)寄存器，可以使 P0 口有一定驅(qū)動(dòng)能力vcc3OFF r=HxiC3 1*11.0392MHzPl 0/ADC0YCCP1.1/ADC1PO.O/ADOP1J2/ADC2PO

6、ADlPl 3/ADC3P0.2/AD2P1.4/ADC4P0.3/AD3P1.5/ADC5P0.4/AD4Pl 陥DWP0.5JAD5P1.7/ADCTP0.6/AD6RSTP0.7；AD7P3 0/RxDEX L7D於一ALEP3.2/INT0NAP3 3/INT1P2.7/A15PS.TQP2j6/A14P3.5rnP2.5/A13F36AWRP2.4JA12P3.7/RDP23/A11XTAL2P2.2/A10XT A LIP2.1/A9GNDU1STC12C5A60S2341820677940393837363533323?302923222625242322TT30PFGNDVCK

7、CrNDSTC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)(2)、輸入輸出設(shè)備K4Zu -1 s 9111 Pl.fyADCO P1.1/ADC1 PL.2(ADC2 P1.3/ADC3 P1.4TADC4 F1.5/ADC5P1.6/ADWP1.7/ADCT PST P3.D/R1D P3.1JTXD F3.2/INTCI前TP3.4TTOP3.5/TLP3.bP3.7/RDXTAU XTAT.lvcc PO OJADO PO UADI P0 2JAD2 P0 3JAD3 PO4!A14 POLADS P0/AD(5 PO仏a EX LVDaleNA P2.7/A15 陀伽4 P2.5/AL3 P2.L

8、2 P2.如 1 P2.2/A10CC輸入輸出設(shè)備該設(shè)計(jì)有兩種輸入輸出設(shè)備：按鍵和 LED，按鍵可采用一般的 掃描方式，也可以用中斷方式，為了快速相應(yīng)用戶指令，選擇用中斷 方式。然而外部中斷只有兩個(gè)，這里用定時(shí)器 TO、T1擴(kuò)展了兩個(gè)下 降沿外部中斷，正好實(shí)現(xiàn)啟停、正反、增速、減速的指令輸入。為了更人性化，有相應(yīng)的Led做出指令提示(D1為電源指示燈,D2為啟動(dòng)指示燈，D3為正向運(yùn)行指示燈，D4為反向運(yùn)行指示燈，D5為加速指示燈，D6為減速指示燈)。電源接通，D1亮。當(dāng)按啟動(dòng)按鈕時(shí)，D2亮，D3亮，再按一次，D2滅，D3滅，只有電機(jī)處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，正反、增速、減速的指令 輸入才有效，相應(yīng)LED

9、燈才會(huì)亮；當(dāng)處于啟動(dòng)狀態(tài)，按正反轉(zhuǎn)按鈕， 電機(jī)反轉(zhuǎn)，D3滅，D4亮，再按一次D3亮，D4滅；當(dāng)按增速按鈕時(shí),D5閃爍一下，表示按鈕指令有效，當(dāng)達(dá)到最大占空比時(shí)，再按增速 按鈕，D5將不會(huì)閃爍，表示已達(dá)最大占空比；同樣的，減速功能類似增速功能(3 )、H橋驅(qū)動(dòng)基于L9110H的H橋驅(qū)動(dòng)電路IAIBOAOBHLHLLHLHHHLLLLLL真值表當(dāng)IA為高電平，IB為低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)IA為低電平，IB為高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)。(4 )、片上 PWM對(duì)于L298N有三個(gè)控制端，第三個(gè)就是使能端，只要 PWM波 形控制使能端，就可以控制轉(zhuǎn)速，但L9110H只有兩個(gè)控制端。因此, 將方向控制，同速度控制相結(jié)

10、合，即兩個(gè)控制端既控制方向，又控制轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)方法：在控制方向的基礎(chǔ)上，將高電平輸入端，改為 PWM 波形輸入，就可以控制轉(zhuǎn)速；當(dāng)換方向時(shí)，將控制信號(hào)交換，就可以 了。與 L298N 的控制方法不同的是： L9110H 需要兩路 PWM 控制信 號(hào)，編程相對(duì)復(fù)雜些，但控制信號(hào)線只要兩個(gè)，占 IO 資源少。5. 完整電路原理電路分為 4部分：電源、單片機(jī)最小系統(tǒng)、輸入輸出設(shè)備、 H 橋 驅(qū)動(dòng)模塊，如下圖所示。GNDvccGNDFWMOPWM1ND IAQBVCCIBVCCGNDOAL9110H4T2+VGNDFWpWT三9RSTo|X1【】0592MHzio111213Kj3isU1Pl.ODCOv

11、acPl.lftDClPO.ODOPL.2/ADC2P0.KAD1PI.3DC3PD.2JAD2PI.4JADC4PO.3/ADGP1.5DC5P0.佻 IMP1.6/tDC6po恥mFI.7DC7RSTP0.7JADCTP3.0JRjd)EX LVDP3.1/TxDALEP3.24WNAF3.3J1NT1P17/A1.5P3.4JT0P2.L4P3.5JT1P2.5/A13P3.6/WRP2.4*A12F1.7JRDF23/A11XTAL2刃觀】QXTAL1P2.1/A9GNDP2I/ABSTC12C5AS0S2C38蕊7電ir28274- C4lOOuf前DD3IKR5-cz=rR6 IK

12、 H=FR71K-(=-RS IK-E9 IK H=l-M3MaterGND為了檢測(cè)電路的可行性，將現(xiàn)成的電路模塊連在一起，搭建上面 的電路，加載程序（程序流程圖及程序如附錄所示），實(shí)現(xiàn)了上述功 能，證明了電路的可行性。附錄1.單片機(jī)程序流程圖開(kāi)啟標(biāo)志復(fù)位, 相應(yīng)參數(shù)復(fù)位, 電機(jī)停轉(zhuǎn)兩路PWM占空 比切換（任意時(shí)刻有1路PWM占空比為0%）T0T1中斷產(chǎn)生了嗎?YESINT1中斷中斷中斷判斷方向判斷方向結(jié)束正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)111PWM0占空比 增大PWM1占空比 增大PWM0占空比 減小PWM1占空比減小減速增速運(yùn)行狀態(tài)指示燈 / 正向運(yùn)行指示燈 / 反向運(yùn)行指示燈加速指示減速調(diào)試附錄 2.

13、單片機(jī)程序流程圖#include STC12C5A.h /STC12C5A60S2 頭文件，STC官網(wǎng)有下載 #include intrins.h typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;sbit run_led=P0A0;/sbit dir_for_led=P0A1； sbit dir_back_led=P0A2;sbit add_led=P0A3；/sbit sub_led=P0A4；/bit run_flag=0；/bit dir_flag=0；/運(yùn)行狀態(tài)： 0：停止 1 ：運(yùn)行方向標(biāo)識(shí)： 0：正轉(zhuǎn) 1 ：反轉(zhuǎn)void D

14、elay20ms()unsigned char i, j, k；/11.0592MHz 精確延時(shí) 20ms_nop_()；_nop_()；i = 1；j = 216；k = 35；dodowhile (-k)； while (-j)； while (-i)；void Init_PWM()CCON = 0；CL = 0；CH = 0；CMOD = 0x02；/frq=11059200/12/256=3600hzP1.3:PWM0 P1.4:PWM1/ PCA初始化PCA控控制器重置PCA時(shí)間時(shí)鐘頻率 Fosc/12CCAP0H = CCAP0L = 0xff； /PWM0CCAPM0 = 0x4

15、2；/PCA輸出 0%占空比電壓模塊0 8位PWM工作方式CCAP1H = CCAP1L = 0xff; /PWM1CCAPM1 = 0x42; /PCACR = 1; /PCA輸出 0%占空比電壓模塊1 8位PWM工作方式計(jì)時(shí)開(kāi)始void Init_Inter()IT0 = 1;EX0 = 1;IT1 = 1;EX1 = 1;void Init_Timer()AUXR = 0xC0;TMOD = 0x66;TL0 = TH0 = 0xff;TL1 = TH1 = 0xff;TR0 = 1;TR1 = 1;ET0 = 1;ET1 = 1;/ INT0/ INT0/ INT0/ INT0/tim

16、er0/timer1/ T0/T1下降沿中斷使能 下降沿 中斷使能定時(shí)器擴(kuò)展為負(fù)跳變的外部中斷定時(shí)器 timer0/timer1 1T 模式 定時(shí)器 timer0/timer1 8 位自動(dòng)重裝 擴(kuò)展為外部中斷的關(guān)鍵步驟開(kāi)始開(kāi)始 中斷使能 中斷使能void main()Init_PWM();Init_Inter();Init_Timer();EA = 1;while (1)/INT0/INT1/T0/T1/兩路PWM初始化初始化初始化開(kāi)全局中斷使能void exint0() interrupt 0 EA = 0; / run_led =run_flag; run_flag=run_flag; i

17、f(!run_flag)/外部中斷 0 電機(jī)啟停關(guān)總中斷dir_flag = 0;/方向標(biāo)志復(fù)位dir_for_led=1; / 正向運(yùn)行指示燈復(fù)位 dir_back_led=1; / 反向運(yùn)行指示燈復(fù)位CCAP0H = CCAP0L = 0xff;/ 占空比復(fù)位 0%CCAP1H = CCAP1L = 0xff;/ 占空比復(fù)位 0% elsedir_for_led=0; / 默認(rèn)為正向啟動(dòng) Delay20ms();/ 消抖EA = 1;/ 開(kāi)總中斷void t0int() interrupt 1 /T0BYTE temp1,temp2;EA = 0;if(run_flag)dir_flag=

18、dir_flag;dir_for_led =dir_for_led; dir_back_led =dir_back_led;中斷/ 方向選擇/ 指示燈指示電機(jī)方向轉(zhuǎn)換temp1=CCAP0H; / 方向轉(zhuǎn)換void exint1() interrupt 2 外部中斷 1temp2=CCAP1H;/重新設(shè)置兩路pwm啟動(dòng)CR = 0;CCON = 0;CL = 0;CH = 0;CMOD = 0x02;CCAp0H = CCAp0L = temp2;CCApM0 = 0x42;CCAp1H = CCAp1L = temp1;CCApM1 = 0x42;CR = 1;Delay20ms(); / 消抖EA = 1;/EA = 0;if(run_flag) /if(!dir_flag) /if(0x00!=CCAP0L)add_led = 0;CCAP0L -=5;CCAP0H =CCAP0L;elseif(0x00!=CCAP1L)add_led = 0;CCAP1L -=5;CCAP1H =CCAP1L;Dela