直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1.1設(shè)計(jì)思想直流電機(jī)PW控制系統(tǒng)主要功能包括：直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可以方便讀出電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。其間，還包括直流電機(jī)的直接清零、啟動(dòng)、暫停、連續(xù)功能。該直流電 機(jī)系統(tǒng)由以下電路模塊組成：振蕩器和時(shí)鐘電路：這部分電路主要由89C51單片機(jī)和一 些電容、晶振組成。設(shè)計(jì)輸入部分：這一模塊主要是利用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)控制部分：主要由89C51單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成。設(shè)計(jì)顯示部分：包括液 晶顯示部分和LED數(shù)碼顯示部分。LED數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示管組成。直流電機(jī) PWM控制實(shí)

2、現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機(jī)和 L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。1.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖直流電機(jī)PW調(diào)速系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，由命令輸入模塊、LED顯示模塊 及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤(pán)作為命令的輸入， 單片機(jī)在程序控制下， 定時(shí)不斷給直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送 PWM波形，H型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正，反轉(zhuǎn)控制；同 時(shí)單片機(jī)不停的將從鍵盤(pán)讀取的數(shù)據(jù)送到 LED顯示模塊去顯示，進(jìn)而讀取其速度。1.3程序設(shè)計(jì)流程圖圖1-2中斷服務(wù)流程圖2總體硬件電路設(shè)計(jì)2.1芯片介紹2.1.1 89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：8 位 CPU片振蕩器和時(shí)鐘電路；32根I/O線；外部存貯器尋址圍ROM RA

3、M64JK定時(shí)中斷服務(wù)流程圖2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí);全雙工串行口;布爾處理器U119卜 XTAL1P0.0/AD039P0 1/AD13818XTAL2P0.2/AD2P0 3/AD33/P0.4/AD4P0 5/AD5359RSTP0.6/AD6P0 7/AD733 -3TP2.0/A8P2.1/A921222TP2.2/A10P2 3/A1129PSEN2430ALEEAP2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXD25312627281P1.0P1.110211312P1.2P3.2/INT0413P1.3

4、P1.4Dd CP3.3/INT1P3.4/T0DQ C/Tl5146157Pl.5P3.5/I116P1.6P1 7P3.6/WRP3.7/RD817AT89C51圖2-1 89C51單片機(jī)引腳分布圖2.1.2 RESPACK-8 排阻RESPACK-是帶公共端的8電阻排，它一般是接在51單片機(jī)的P0 口，因?yàn)镻0 口 部沒(méi)有上拉電阻，不能輸出高電平，所以要接上拉電阻。RP1RESPACK-89 >8 17 16 >5 14 13 121 I圖2-2 RESPACK-8引腳分布圖驅(qū)動(dòng)器L298L298是雙電源大電流功率集成電路，直接采用TTL邏輯電平控制，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器，線圈，

5、直流電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。其驅(qū)動(dòng)電壓可達(dá)46V,直流電流總和可達(dá)4A,其部具有兩個(gè)完全相同的功率放大回來(lái)。9|4U35IN1VCCVS7IN2OUT1210IN312IN4OUT236ENA11ENBOUT3131SENSAOUT41415SENSBGNDI8L298圖2-3 L298引腳分布圖顯示模塊數(shù)碼管每字由7節(jié)組成，其工作電流為每節(jié)5-20mA每字35-140mA ,本實(shí)驗(yàn)采用 單片機(jī)的P0 口控制數(shù)碼管的段選，用P2 口控制數(shù)碼管的位選。實(shí)驗(yàn)采用的數(shù)碼管段選 采用共陰極連接，位選采用的共陽(yáng)極。電路圖如下：圖2-4數(shù)碼管連接圖2.2主電路設(shè)計(jì)主體電路：即直流電機(jī)PWM控制模塊

6、。這部分電路主要由89C51單片機(jī)的I/O端口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等控制直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可以方便的讀出電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小和了解電機(jī)的轉(zhuǎn)向，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。其間，還包括直流電機(jī)的直接清零、啟動(dòng)（置數(shù)）、暫停、連續(xù)功能。其間是通過(guò)89C51單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號(hào)并輸入到 L298驅(qū)動(dòng)芯片 來(lái)控制直流電機(jī)工作的。該直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設(shè)計(jì)輸入部分： 這一模塊主要是利用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)控制部分：主要由89C51單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成。設(shè)計(jì)顯示部分：包括液晶顯示部分和LED數(shù)碼顯示部分。

7、數(shù)碼顯示部分LED數(shù)碼管顯示。直流電機(jī)PW控制實(shí)現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機(jī)和 L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。圖2-4系統(tǒng)主電路圖2.3 PWM控制電路設(shè)計(jì)2.3.1 PWM的基本原理PWM脈沖寬度調(diào)制）是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的 電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。在PW驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源， 并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短。 通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占 空比”來(lái)達(dá)到改變平均電壓大小的目的， 從而來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱耍琍

8、WM 又被稱為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。如圖 2-5所示：tlt21圖2-5 PWM方波設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 Vmax設(shè)占空比為D= t1 / T，貝U電機(jī)的 平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機(jī)的平均速度；Vmax是指電機(jī)在全通電 時(shí)的最大速度；D = t1 / T 是指占空比。由上面的公式可見(jiàn)，當(dāng)我們改變占空比 D = t1 / T 時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平 均速度Vd,從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，平均速度Vd與占空比D并非嚴(yán)格的線性 關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。2.3.2 PWM控制電路設(shè)計(jì)圖2-6 PWM控制電路圖2.4直

9、流電機(jī)單元電路設(shè)計(jì)241直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要由一些二極管、電機(jī)和 L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（含 CMOS管、三太門(mén)等）組 成。現(xiàn)在介紹下直流電機(jī)的運(yùn)行原理1. 直流電機(jī)類型直流電機(jī)可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進(jìn)行分類，其中根據(jù)直流電機(jī)的用途可分 為以下幾種：直流發(fā)電機(jī)（將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能）、直流電動(dòng)機(jī)（將直流電能轉(zhuǎn)化 為機(jī)械能）、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)（將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)）、直流伺服電動(dòng)機(jī)（將控制信 號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào)）。下面以直流電動(dòng)機(jī)作為研究對(duì)象。2. 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。 在定子上裝有磁極（電磁式直流電機(jī)磁極由繞 在定子上的磁繞提供），其轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子外

10、圓有槽，槽嵌有電樞繞組， 繞組通過(guò)換向器和電刷引出，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。圖2-7直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)3. 直流電機(jī)的基本工作原理圖 2-8 直流電機(jī)的基本工作原理圖對(duì)圖 2-7 所示的直流電機(jī)，如果去掉原動(dòng)機(jī)， 并給兩個(gè)電刷加上直流電源，如上圖2-8中圖(a)所示，則有直流電流從電刷 A流入，經(jīng)過(guò)線圈abed，從電刷B流出， 根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體 ab 和 cd 收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定， 兩 段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩， 使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖 2-8 中圖(b)所示的位置，電刷A和換向片2接觸，電刷B和換向片1接觸，直流電流從電 刷A流入，在線圈中

11、的流動(dòng)方向是 deba，從電刷B流出。此時(shí)載流導(dǎo)體ab和ed受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定， 它們產(chǎn)生的 轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。外加的電源是直流的， 但由于電刷和換向片的作用， 在線圈中流過(guò)的電流是交流的， 其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是 不變的。實(shí)用中的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個(gè)線圈構(gòu)成， 同樣是由多個(gè)線圈連接 而成，以減少電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，繞組形式同發(fā)電機(jī)。4. 直流電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 直流電機(jī)的主要額定值有： 額定功率Pn：在額定電流和電壓下，電機(jī)的負(fù)載能力。額定電壓Ue：長(zhǎng)期運(yùn)行的最高電壓。額定電流 Ie ：長(zhǎng)期運(yùn)行的最大電流。額定轉(zhuǎn)速n：

12、單位時(shí)間的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)快慢。以r/min為單位。勵(lì)磁電流 If ：施加到電極線圈上的電流。2.4.2 直流電機(jī)的中斷鍵盤(pán)控制模塊1. 外部中斷設(shè)置(1) 外部中斷允許設(shè)置中斷控制寄存器IE的EXO對(duì)應(yīng)INTO, EX1對(duì)應(yīng)INT1，EA為中斷的總開(kāi)關(guān)，若要開(kāi) 放外部中斷，只要將IE對(duì)應(yīng)的位和總開(kāi)關(guān)EA置1即可。女口：開(kāi)放外部中斷0的設(shè)置：EXO=1EA=1開(kāi)放外部中斷 0和 1 的設(shè)置：EX0=1EX1=1EA=1(2) 外部中斷觸發(fā)方式設(shè)置單片機(jī)外部中斷有兩種觸發(fā)方式，一種是電平觸發(fā)方式，另一種是脈沖觸發(fā)方式, 單片機(jī)外部中斷觸發(fā)方式與 TCON勺IT位有關(guān)。TF1TR1TFOTROIE1IT1

13、IE0IT0電平觸發(fā)設(shè)置方法：ITX，為低電平觸發(fā)方式。 脈沖觸發(fā)設(shè)置方法：ITX二1為脈沖下降沿觸發(fā)方式。 在使用外部中斷時(shí)，如果不進(jìn)行設(shè)置，則為電平觸發(fā)方式。(3) 外部?jī)?yōu)先級(jí)設(shè)置外部中斷IN0、INT1的中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置是通過(guò)設(shè)置IP寄存器實(shí)現(xiàn)的，IP的PXO 對(duì)應(yīng)INTO，PX1對(duì)應(yīng)INT1。PX置1為高級(jí)中斷，PX為0為低級(jí)中斷。XXXPSPT1PX1PTOPXO2.外部中斷擴(kuò)展方法圖2-9為外部中斷擴(kuò)展方法，分別代表正轉(zhuǎn)信號(hào)，反轉(zhuǎn)信號(hào)，加速信號(hào)，減速信號(hào), 停止信號(hào)。3直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)3.1總電路圖圖3-1總電路圖3.2總電路功能介紹直流電機(jī)PW調(diào)制控制系統(tǒng)具有加速、減

14、速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能。操作開(kāi) 關(guān)通過(guò)中斷控制直流電機(jī)的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能，并通過(guò)LED液晶顯示。振蕩、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路由89C51單片機(jī)部給出。直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度由 LED液 晶顯示。操作開(kāi)關(guān)狀態(tài)由液晶顯示器顯示。4系統(tǒng)仿真LED液晶顯示電路的系統(tǒng)仿真與調(diào)試： 在PROTEUS行環(huán)境中首先檢驗(yàn)LED顯示電路，添加程序，運(yùn)行LED液晶顯示電路能，系統(tǒng)若運(yùn)行成功將得到如圖4-1HI丄 C2 IClP t ITTZti E汀旦e締2F3DfJ：Dfjbip F3WTTP3*naP3ST1I fJ.wW F3.7fHr皚舊口 門(mén)ctjl*«91-壬<U1XTA

15、L1&P PFPPDMDO g.iMLDi 02WKH： 口平K3 口 .幀D* S.DS j9.D6Z1圖4-1數(shù)碼顯示字符初步調(diào)試調(diào)試用帶中斷的鍵盤(pán)來(lái)控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的部分電路，若按要求調(diào)試成功，將uTMd£T 內(nèi)口!田一誥 B B. -J J-J<陽(yáng)ctlif X V A- X S - - J. .FJCTII 1 XOO"g1*31<3<UY-141EK AEIN 1cun：?若 IBsour-f CJ .tiLl' b,圖4-2用鍵盤(pán)來(lái)控制的電機(jī)啟動(dòng)目標(biāo)系統(tǒng)，按正轉(zhuǎn)，然后接加速開(kāi)關(guān)，我們觀察到電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，每按一次加 速，電機(jī)

16、的速度都要增加，此時(shí)如果按減速，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速慢慢地減小。同樣按反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 鍵也看到同樣的結(jié)果，當(dāng)按停止鍵時(shí)，電機(jī)慢慢停下來(lái)，圖4-4是在目的電路剛啟動(dòng)時(shí)未設(shè)置命令之前的狀態(tài)，圖4-5是在正轉(zhuǎn)情況下的仿真結(jié)果，圖4-6是在反轉(zhuǎn)情況下的 仿真結(jié)果。圖4-5電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的狀態(tài)亠一*L圖4-6電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)的狀態(tài)5 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這次課設(shè)， 第一次使用 protues 軟件通過(guò)這一周的實(shí)習(xí)讓我對(duì)軟件仿真有了進(jìn) 一步的認(rèn)識(shí)，從中也學(xué)到了許多知識(shí)，通過(guò)查閱一些資料，不僅增加了我的知識(shí)面，而 且也讓我在軟件仿真方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)。 并且這次我也做了實(shí)物， 讓我更深的體會(huì)到 實(shí)物與仿真之間的差距， 積累了自己在這方面知識(shí)，

17、 是自己解決問(wèn)題能力得到了進(jìn)一步 的提升。 并且我深刻認(rèn)識(shí)到自己還有很多不足之處， 也發(fā)現(xiàn)了自己知識(shí)的欠缺，知識(shí)面 較窄，難以做到理論聯(lián)系實(shí)際，認(rèn)識(shí)到自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相當(dāng)缺乏， 理論聯(lián)系實(shí)際的能力 急需提高。通過(guò)一周的學(xué)習(xí)，是我的知識(shí)更加牢固，更易于知識(shí)間的融會(huì)貫通，建立了 自己的知識(shí)體系，更利于以后的工作學(xué)習(xí)。有時(shí)候失敗與成功僅是一點(diǎn)點(diǎn)的距離， 貴在堅(jiān)持， 很多人都是被這一小小差距二淘 汰，在生活學(xué)習(xí)中我們應(yīng)當(dāng)本著積極樂(lè)觀的態(tài)度去看待我們身邊的每一件事， 理性的去 思考問(wèn)題，千萬(wàn)莫因?yàn)樽约旱南麡O態(tài)度而失去大好機(jī)會(huì)。這次課設(shè)要感老師的指導(dǎo)和解惑，幫助我成功完成課設(shè)；同樣同學(xué)們對(duì)我的幫助， 幫我解

18、決了不少問(wèn)題。 通過(guò)這次課設(shè)是我成長(zhǎng)了不少， 讓我更加有動(dòng)力去努力學(xué)習(xí)本專 業(yè)知識(shí)，不斷豐富自己。參考文獻(xiàn)1 錕,危立輝 . 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速器控制電路 J. 中南民族大學(xué)學(xué)報(bào) （自 然科學(xué)版 ）.2003,92 維軍,小剛,晉.基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)J.維普資訊.2007,93 友德等. 單片機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn) M. 復(fù)旦大學(xué) .19924 毅剛,喜源，譚曉鈞,曲春波.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M.工業(yè)大學(xué).2001,15 宋慶環(huán) , 才衛(wèi)國(guó) , 高志 .89C51 單片機(jī)在直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 M. 學(xué) 院.2008,46 錕, 危立輝 . 基于單片機(jī)的直流

19、電機(jī)調(diào)速器控制電路 J. 中南民族大學(xué)學(xué)報(bào) （ 自 然科學(xué)版 ）.2003,97 巧媛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用 M.: 電子工業(yè) .19978 大茂 , 嚴(yán)飛. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設(shè)計(jì)方法 J. 大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)農(nóng) 林大學(xué)碩士論文版 ）.1998,29 朱定華, 戴汝平編著 . 單片機(jī)原理與應(yīng)用 M. 清華大學(xué)北方交通大學(xué) .2003,810 薛鈞義, 彥斌編著 .MCS51/96 系列單片微型計(jì)算 M. 交通大學(xué) .1997,811 國(guó)呈編著.PWM逆變技術(shù)及應(yīng)用M.中國(guó)電力.2007,7附錄A詳細(xì)電路設(shè)計(jì)圖1:E1E<P0 Q-XTAMF3»U PJ.KOI hmi

20、s燈姬叮孫粗PH.M畑FJ«AHP1j&*aKWP3.VAm:M臨*沖FZaBMEF2 椒 iG項(xiàng)陀劇N<3FZMIkRJi'AS門(mén)PF2P3JYFM3IFJ.ifMP1 hpiziTnnF1JPJiTWF1.*叮.mP1S£TTP1*Fl羽PifFMiRT3A7OQE fTEOEEN9.W曰3HM3ENOUT-C l UTZoun<HJT»附錄 B 直流電機(jī)控制程序#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar table

21、=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;sbit en=P1A6;sbit in仁 PM5;sbit in2=P1A4;sbit zheng=P1A0;sbit fan=P1A1;sbit jia=P1A2;sbit jian=P1A3;sbit ting=P1A7;uchar num=3,di,gao,t,a,b,c,m;uint temp;bit flag;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=100;y>0;y-);display() P0=tablea;

22、P2=0xfd; delay(10); P2=0xff; P0=tableb; P2=0xfb; delay(10); P2=0xff; P0=tablec; P2=0xf7; delay(10); P2=0xff; void kongzhi() if(ting=0) delay(5); if(ting=0) flag=flag; while(ting=0); if(zheng=0) delay(5); if(zheng=0)in1=1;in2=0;t=1; while(zheng=0); if(fan=0) delay(5); if(fan=0) in1=0;in2=1;t=0;while(fan=0); if(jia=0) delay(5); if(jia=0) num+; if(num=7) num=6;while(jia=0);if(jian=0)delay(5);if(jian=0)if(num!=0)num-;elsenum=0;while(jian=0);if(flag