冬基于51系列單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速

1、第一章 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速概述1.1直流電機(jī)調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式不同，直流電動(dòng)機(jī)分為自勵(lì)和他勵(lì)兩種類型。不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。但是對于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式： n=U/Cc-TR內(nèi)/CrCc 其中：U電壓；勵(lì)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(jī)的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(shí)受到磁極飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)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(jī)的工作原理圖

2、電樞控制是在勵(lì)磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號(hào)加到電機(jī)的電樞上，以控制電機(jī)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(gè)固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短，即改變直流電機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)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(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為vmax，占空比為D=/T，則電機(jī)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(jī)速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。1.2直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式PWM為

3、主控電路的調(diào)速系統(tǒng)：基于單片機(jī)類由軟件來實(shí)現(xiàn)PWM，在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個(gè)重要參數(shù)在電源電壓ud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(dá)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t1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：保持t不變，只改變t1，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(shí)改變t1和t。（圖1-2）前兩種方法在調(diào)速時(shí)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(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此常采用

4、定頻調(diào)寬法來改變占空 比從而改變直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓。1.3 89C51單片機(jī) 89C51單片機(jī)接口如圖1-3所示：圖 1-3 89C51單片機(jī)第二章 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 PWM波形的程序?qū)崿F(xiàn) 隨計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)顯得非常靈活和實(shí)用以89C51單片機(jī)為控制核心,晶振頻率為12MHz定 時(shí)計(jì)數(shù)器TO,T1作定時(shí)器使用，工作在方式1，定時(shí)時(shí)間為0.1ms，若PWM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 ：

5、圖 2-1 程序流程圖 2.2直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)在直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)中對大功率的電動(dòng)機(jī)常采用IGBT作為主開關(guān)元件,對中小功率的電機(jī)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(jī)的驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)采用集成電路L298來驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)繼電器、直流電動(dòng)機(jī) 、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。其內(nèi)部有兩個(gè)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(hào)及功能SENSA、SENSB：分別為兩個(gè)H橋的電流反饋腳，不用時(shí)可以直接接地ENA 、ENB：使能端，輸入PWM信

6、號(hào) IN1、IN2、IN3、IN4：輸入端，TTL邏輯電平信號(hào)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)，輸入端IN1為PWM信號(hào),IN2為低電平信號(hào)時(shí),電機(jī)正轉(zhuǎn)；輸入端IN1為低電平信號(hào)，IN2為PWM信號(hào)時(shí),電機(jī)反轉(zhuǎn);IN1與IN2相 同時(shí),電機(jī)快速停止。當(dāng)使能端為低電平時(shí),電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2.3續(xù)流電路設(shè)計(jì)由于電機(jī)具有較大的感性，電流不能突變，若突然將電流切斷，將在功率管兩端產(chǎn)生很高的電壓，損壞器件。我們在此電路中應(yīng)用的是二極管來續(xù)流，利用二極管的單向?qū)?/p>

7、通性。二極管的選用要根據(jù)PWM的頻率和電機(jī)的電流來決定，二極管要有足夠迅速的恢復(fù)時(shí)間和足夠的電流承受能力。 由于電機(jī)具有較大的感性，電流如果突變易損壞功率胳即L298芯片。為保護(hù)芯片加上洗續(xù)流電路。電路的工作原理替如圖3.7所示。電路的工作原理：當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí) ，若突然掉電，D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止；當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，突然掉電D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止。圖2-3 續(xù)流電路工作原理圖第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1主程序設(shè)計(jì) 該主程序主要完成初始化，設(shè)置定時(shí)常數(shù)和中斷入口程序，主程序不斷的循環(huán)處于等待中斷狀態(tài).ORG 0000H AJMP START ORG 0003H LJMP INT0； T0中斷

8、 ORG 000BH LJMP ITT0； T1中斷 ORG 0030H ；系統(tǒng)初始化START: MOV SP,#60H ；賦初值 堆棧指針 MOV R0,#00H ；給R0送值0 MOV R1,#00H ；給R1送值0CLR P1.5 ；置0 CLR P1.6 ；置0 CLR P1.7 ；置0 MOV TMOD,#01H ；寫控制字 控制方式 MOV TL0,#0FFH ；置定時(shí)常數(shù) MOV TH0,#0FFH SETB EA ；允許中斷 SETB EX0 ；允許外部中斷0 SETB ET0 ；允許TL0中斷 CLR IT0 SETB TR0 ；啟動(dòng)TL03.2 數(shù)碼顯數(shù)設(shè)計(jì) 通過P1.1

9、，P1.2口來控制數(shù)碼，顯示通過查表和調(diào)用延時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)的顯示程序代碼：MOV DPTR,#TAB MOV 40H,#0 ；清0 MOV 41H,#0 ；置0LED: SETB P1.1 ；P1.1置1 CLR P1.2 ；P1.2清0 MOV A,40H ；將40H的內(nèi)容送往A MOVC A,A+DPTR ；查表 MOV P0,A ；查表所得A值送往P0口 LCALL TTS ；調(diào)用延時(shí) CLR P1.1 ；P1.1清0 SETB P1.2 ； P1.2置1 MOV A,41H ；將41H的內(nèi)容送往A MOVC A,A+DPTR ；查表 MOV P0,A ；查表所得A值送往P0口 LCALL T

10、TS ；調(diào)用延時(shí) CLR P1.2 ；P1.2口清0 LJMP LED ；跳轉(zhuǎn)到LED ORG 2000HTAB: DB 40H,79H,24H,30H,19H DB 12H,02H,78H,00H,10H3.3 功能程序設(shè)計(jì) 結(jié)束中斷后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能鍵程序，為加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、暫停程序代碼：ITT0: CPL P1.5 ；P1.5口取反 JNB P1.5,Z1MOV A,#0FFH ；低電平定時(shí) SUBB A,R0 MOV TH0,A SETB TR0 ；啟動(dòng)TL0 RETIZ1:MOV TH0,R0 ；高電平定時(shí) SETB TR0 RETIINT0:CLR EX0 ；實(shí)現(xiàn)鍵盤控制 M

11、OV A,#0FFH MOV P2,A MOV A,P2JNB ACC.0,JIA JNB ACC.1,JIAN JNB ACC.2,FF圖3-2 數(shù)碼顯示流程圖 圖3-3中斷子程序流程圖 JNB ACC.3,ZZ JNB ACC.4,TZ AJMP CCJIA: CJNE R0,#0FFH,AA ；實(shí)現(xiàn)電機(jī)加速 AJMP CCAA: MOV A,R0 ADD A,#25 MOV R0,A AJMP CCJIAN: CJNE R0,#00,BB ；實(shí)現(xiàn)電機(jī)減速 AJMP CCBB: MOV A,R0 SUBB A,#25 MOV R0,A AJMP CCCC: MOV A,R0 ；數(shù)碼顯數(shù) M

12、OV B,#25 DIV AB MOV B,#10 DIV AB MOV 40H,A MOV 41H,B SETB EX0 LCALL TTS ；調(diào)用延時(shí) LCALL TTS ；調(diào)用延時(shí) LCALL TTS ；調(diào)用延時(shí) LCALL TTS ；調(diào)用延時(shí) RETIFF: SETB P1.6 ；電機(jī)反傳 CLR P1.7 LCALL TTS LCALL TTS LCALL TTS SETB EX0 RETIZZ:CLR P1.6 ；電機(jī)正轉(zhuǎn) SETB P1.7 LCALL TTS LCALL TTS LCALL TTS SETB EX0 RETITZ: CLR P1.6 ；實(shí)現(xiàn)電機(jī)停止 CLR P1

13、.7 LCALL TTS LCALL TTS LCALL TTS SETB EX0 RETITTS: MOV R3,#0E0H ；延時(shí)子程序TT1S: MOV R4,#40HTT0S: DJNZ R4,TT0S DJNZ R3,TT1S RET END3.4仿真圖 在該設(shè)計(jì)中，利用Proteus軟件進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如圖3-4所示:圖3-4仿真圖相應(yīng)電機(jī)的顯示如圖3-5所示 圖3-5仿真結(jié)果3.5 仿真結(jié)果分析當(dāng)仿真開始運(yùn)行時(shí)，各個(gè)模塊處于初始狀態(tài)。點(diǎn)擊右邊的獨(dú)立鍵盤加速或是減速按鈕。顯示模塊便開始顯示數(shù)字，然后點(diǎn)擊正傳或是反轉(zhuǎn)。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。

14、且改變PWM脈沖時(shí)的占空比電機(jī)的工作電壓改變。因此，從仿真結(jié)果可以看出，本設(shè)計(jì)可以得到預(yù)期的仿真效果。 心得體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了許多書本上無法學(xué)到的知識(shí),也使我深刻體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛。不僅讓我對學(xué)過的單片機(jī)知識(shí)有了很多的鞏固，同時(shí)也對單片機(jī)這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。在本次課程設(shè)計(jì)過程中，我學(xué)會(huì)了在網(wǎng)絡(luò)上查找有關(guān)本設(shè)計(jì)的各硬件的資源，其中包括：直流電機(jī)PWM調(diào)速、AT89C51單片機(jī)、L289引腳圖及其引腳功能等，為本次課程設(shè)計(jì)提供了一定的資料。在做課程設(shè)計(jì)的初期階段，難度很大，沒有頭緒。通過求助于章老師、理清了思路。同時(shí)，在圖書館里、網(wǎng)上查閱資料，攻克了課程設(shè)計(jì)中的道

15、道難題。最后經(jīng)過指導(dǎo)老師章老師的耐心指點(diǎn)和連續(xù)的奮戰(zhàn)才算基本合格。辦事只要有了頭緒，就會(huì)簡單很多。本次設(shè)計(jì)我能獨(dú)立完成，算是有了很大的收獲。總的感受有以下幾方面：1、通過本次設(shè)計(jì)，我不但對單片機(jī)有了更為深入的了解，對一個(gè)課題如何畫流程圖，編程序等有了一定的認(rèn)識(shí)。2、進(jìn)一步加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力，從中學(xué)習(xí)到如何去思考和解決問題，以及如何靈活地改變方法去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。特別是深刻體會(huì)到了軟件和硬件結(jié)合的重要性，以及兩者的聯(lián)系和配合作用。3、讓我了解到單片機(jī)技術(shù)對當(dāng)今人們生活的重要性。同時(shí)這次做課程設(shè)計(jì)的經(jīng)歷也使我受益匪淺，讓我知道做任何事情都應(yīng)腳踏實(shí)地，刻苦努力地去做，只有這樣，才能

16、做好。參考文獻(xiàn)1 李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）M，北京航空航天大學(xué)出版社，19982 李廣弟，單片機(jī)基礎(chǔ)M，北京航空航天大學(xué)出版社，19943 閻  石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）M，高等教育出版社，19894 廖常初，現(xiàn)場總線概述J，電工技術(shù)，19995 于永學(xué)、葛建，1-WIRE總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20及應(yīng)用J，電子產(chǎn)品世界，20036 陳躍東，DS18B20集成溫度傳感器原理與應(yīng)用J，安徽機(jī)電學(xué)院學(xué)報(bào)，20027 胡振宇、劉魯源、杜振輝，DS18B20接口的C語言程序設(shè)計(jì)J，單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，20028 金偉正，單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用J，電子技術(shù)與應(yīng)用，2000 9 馬云峰、陳子夫、李培全， 數(shù)字溫度傳感器DS18B20 的原理與應(yīng)用 EB/ OL ，200010 李 鋼，1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理及應(yīng)用，現(xiàn)代電子技術(shù)J，1994 ADCEQU35HCLOCKBITP2.4STBITP2.5EOCBITP2.6OEBITP2.7PWMBITP3.7ORG00HAJMPSTARTORG0BHLJMPINT_T0ORG100HSTART:SETBPWM ；置位MOVTMOD,#02H ；定時(shí)器工作方式選擇