基于單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)AT89S52的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)第一章：前言1.1前言:直流電機(jī)的定義：將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。近年來，隨著科技的進(jìn)步，直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)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(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)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(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代科技的要求，這是通過PW0式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法就應(yīng)運(yùn)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

2、容易隨時(shí)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PW眼術(shù)后，避免上述的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式控制模擬信號，可以大幅度減低成本和功耗。并且PWM1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(shí)，開關(guān)頻率高，快響應(yīng)特性好，動態(tài)抗干擾能力強(qiáng)，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(jì)好等特點(diǎn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多場合，都要求有直流電機(jī)PW硼速系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)速，諸如汽車行業(yè)中的各種風(fēng)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(jī)、導(dǎo)彈、火炮、人造

3、衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、飛機(jī)、坦克、火箭、雷達(dá)、戰(zhàn)車等場合。1.2本設(shè)計(jì)任務(wù)：任務(wù)：單片機(jī)為控制核心的直流電機(jī)PWMB速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容以及技術(shù)參數(shù)：功能主要包括：1）直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)；2）直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)；3）直流電機(jī)的加速；4）直流電機(jī)的減速；5）直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速在數(shù)碼管上顯示；6）直流電機(jī)的啟動；7）直流電機(jī)的停止；第二章：總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案的硬件部分詳細(xì)框圖如圖一所示第1頁共11頁基于單片機(jī)AT89S52的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過P1.0與P1.1其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PW咻沖，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

4、機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示出來。電動機(jī)所處速度級以速度檔級數(shù)顯示。正轉(zhuǎn)時(shí)最高位顯示“三”，其它三位為電機(jī)轉(zhuǎn)速；反轉(zhuǎn)時(shí)最高位顯示“F”，其它三位為電機(jī)轉(zhuǎn)速。每次電動機(jī)啟動后開始顯示，停止時(shí)數(shù)碼管顯示出“0000”。1、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與分析電動機(jī)PWM區(qū)動模塊的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具體電路見下圖。本電路采用的是基于PWM原理的H型橋式驅(qū)動電路。由機(jī)嗯動PWM1路由復(fù)合體管組成H型橋式電路構(gòu)成，四部分晶體管以對角組合分為兩組：根據(jù)兩個(gè)輸入端的高低電平?jīng)Q定晶體管的導(dǎo)通和截止。4個(gè)二極管在電路中起防止晶體管產(chǎn)生反向電壓的保護(hù)作用，防止電動機(jī)兩端的電流和晶體管上的

5、電流過大的保護(hù)作用。在實(shí)驗(yàn)中的控制系統(tǒng)電壓統(tǒng)一為5v電源，因此若復(fù)合管基極由控制系統(tǒng)直接控制，則控制電壓最高為5V,再加上三極管本身壓降，加到電動機(jī)兩端的電壓就只有4V左右，嚴(yán)重減弱了電動機(jī)的驅(qū)動力。基于上述考慮，我們運(yùn)用了TLP521-2光耦集成塊，將控制部分與電動機(jī)的驅(qū)動部分隔離開來。輸入端各通過一個(gè)三極管增大光耦的驅(qū)動電流；電動機(jī)驅(qū)動部分通過外接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(qiáng)。在電動機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶帶負(fù)載能力差脈沖頻率低則反之。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電動

6、機(jī)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，但加負(fù)載后，速度下降明顯，低速時(shí)甚至?xí)＾D(zhuǎn)；脈沖頻率在10Hz以下，電動機(jī)轉(zhuǎn)動有明顯跳動現(xiàn)象。而具體采用的頻率可根據(jù)個(gè)別電動機(jī)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(jī)正轉(zhuǎn)；通過P10輸入低電平信號，P11輸入高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)；P1RP11同時(shí)為高電平或低電平時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。通過對信號占空比的調(diào)整來對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。2、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)編程部分工作采用KELI-C51語言完成，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，與各子程序做為實(shí)現(xiàn)各部分功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識別和功能、PW嘛寬控制和數(shù)碼管顯示等部分的設(shè)計(jì)。第2頁共11頁基于單片機(jī)AT89S52的直流電

7、機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)單片機(jī)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&機(jī)驅(qū)動接口系統(tǒng)時(shí)鐘PW廊寬控制：本設(shè)計(jì)中采用軟件延時(shí)方式對脈沖寬度進(jìn)行控制，延時(shí)程序函數(shù)如下：產(chǎn)*延時(shí)函數(shù)*/delays()(uchari;for(i=5000;i>0;i-);鍵盤中斷處理子程序：采用中斷方式，按下鍵，完成延時(shí)去抖動、鍵碼識別、按鍵功能執(zhí)行。要實(shí)現(xiàn)按住加/減速鍵不放時(shí)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(shí)，每進(jìn)行一次增加/減少一定的占空比。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(gè)數(shù)碼管要顯示的值。定時(shí)中斷處理程序：

8、采用定時(shí)方式1,因?yàn)閱纹瑱C(jī)使用12M晶振，可產(chǎn)生最高約為65.5ms的延時(shí)。對定時(shí)器置初值B1E0HT定時(shí)20ms即系統(tǒng)時(shí)鐘精度可達(dá)0.02s。當(dāng)20ms定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)器溢出則響應(yīng)該定時(shí)中斷處理程序，完成對定時(shí)器的再次賦值，并對全局變量time加1,這樣，通過變量time可計(jì)算出系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。3、軟件設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)：對于電機(jī)的啟停，在PW配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(rèn)速度，停止則由于當(dāng)前速度逐漸降至零。這樣有利于保護(hù)電機(jī)。鍵盤處理上采用中斷方式，不必使程序?qū)︽I盤反復(fù)掃描，提高了程序的效率。第三章：系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)整體框圖如下：第3頁共11頁基于單片機(jī)AT89S52的直流

9、電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)KTAL1XTAL2RSTP5CEMP3.iXfcD二口下pazitmPS-l/TOiP3J/TJP3J5/WRP3.T/S5-WCCPOJDADOPO1AI>1PQ2MmP03/JUJ3PO411Al>4PORAMPOW打UMMJ/JLD-7pixxmPI.I/TZE3£PU/EC1PI3/CBK)P9.4/CEX1IPIJACEKSn>i.f/CEK4P2UMVSTAIOPi5/AllP3.4/A32魁就任mWJLMFS.TXAiJ第四章：系統(tǒng)功能調(diào)試仿真整體圖如下:直流電機(jī)的調(diào)試功能仿真如下圖:1、正轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，數(shù)碼管最高位顯示“三圖

10、：，其它三位先所給定頻率，如下第4頁共11頁基于單片機(jī)AT89S52的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)-1.最F工:UEE-iuzEi1-七2、反轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，數(shù)碼管最高位顯示“F”，其它三位先所給定頻率，如下圖:!II.PBCDEFGDP屈.i.li.llL第5頁共11頁基于單片機(jī)AT89S52的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)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第八章：心得體會/*附件1基于單片機(jī)AT89C51的直流電機(jī)PW硼速控制系統(tǒng)*/*地點(diǎn)：廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院*/*班級:2009級檢測技術(shù)及應(yīng)用*/*/*指導(dǎo)老師：張軍濤時(shí)間：2011年7月*/1日*/*頭文件

11、*/#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(shí)次數(shù)，每次20ms第6頁共11頁基于單片機(jī)AT89S52的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)ucharf=5;/計(jì)數(shù)的次數(shù)sbitP10=P1A0;/PWM輸出波形1sbitP11=P1A1;/PWM輸出波形2sbitP12=P1A2;/正反轉(zhuǎn)sbitP13=P1A3;/加速sbi

12、tP14=P1A4;/減速sbitP15=P1A5;/停止sbitP16=P1A6;/啟動uchark;uchart;/脈沖加減/*/*/*控制位定義*/code程ucharSmg12=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71;/序存儲區(qū)定義字型碼表chardataled4=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(shí)函數(shù)key();displays。；/*/*主函數(shù)*/main(void)TMOD=0x51;/T0方式1定時(shí)計(jì)數(shù)T

13、1方式1計(jì)數(shù)TH0=0xb1;/裝入初值20MSTL0=0xe0;TH1=0x00;/計(jì)數(shù)567TL1=0x00;TR0=1;/啟動t0TR1=1;/啟動t1gw=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();/*/第7頁共11頁基于單片機(jī)AT89S52的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)/*數(shù)碼管顯示*/display()(uchari;gw=x%10;sw=(x/10)%10;/bw=(x/100)%10;/qw=x/1000;/求速度個(gè)位值，送到個(gè)位顯示緩沖區(qū)求速度十位值，送到十位顯示緩沖區(qū)求速度百位值，送到百

14、位顯示緩沖區(qū)求速度千位值，送到千位顯示緩沖區(qū)for(i=0;i<4;)P2=ledi;if(i=0)/(P0=smggw;delays();elseif(i=1)/(P0=smgsw;delays();elseif(i=2)/(P0=smgbw;delays();elseif(i=3)(if(k=0)(P0=0x49;delays();else(P0=0x71;顯示個(gè)位顯示十位顯示百位/顯示千位/正轉(zhuǎn)時(shí)顯示"三/反轉(zhuǎn)時(shí)顯示"F"i+;/*/第8頁共11頁基于單片機(jī)AT89S52的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)/*延時(shí)函數(shù)*/delays()uchari;for(

15、i=5000;i>0;i-);/*/*t0定時(shí)*中斷函數(shù)*/voidt0()interrupt1using2(TH0=0xb1;/重裝t0TL0=0xe0;f-;if(k=0)(if(f<t)P10=1;elseP10=0;P11=0;else(if(f<t)P11=1;elseP11=0;P10=0;if(f=0)(f=5;j+;if(j=50)(j=0;x=TH1*256+TL1;/t1方式1計(jì)數(shù)，讀入計(jì)數(shù)值TH1=0x00;TL1=0x00;x+;display();第9頁共11頁基于單片機(jī)AT89S52的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)按鍵掃描*/*key()(if(P12=0)(while(!P12)display();k=k;if(P16=0)/如果按下,去抖動啟動(while(P16=0);IE=0x8a;if(P13=0)/(while(P13=0);t+;if(t>=5)t=5;if(P14=0)加速/減速(while(P14=0);t-;if(t<1)t=1;if(P15=0)(whil