基于L298芯片PWM控制直流電機的閉環(huán)調速系統(tǒng)

1、.1運動控制系統(tǒng)課程設計題目:基于L298芯片PWM控制直流電機的閉環(huán)調速系統(tǒng)院系名稱:電氣工程學院專業(yè)班級:自動1302 學生:鵬濤*:9 指導教師:毅成績： 指導教師: 日 期 :摘要近年來，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)良的調速特性，調速平滑，方便，調速圍廣，過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現頻繁的無極快速起動、制動和反轉，為滿足生產過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊要求，對直流電機調速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調速、改變電壓調速等技術已遠遠不能滿足實際應用的要求，通過PWM方式控制直流電機調速的方法就應運而生。本論文主要研究了利用MC51單片機控制P

2、WM信號從而實現對電壓改變最后控制直流電機進展調速，并且通過單元模塊電路分析了整個系統(tǒng)的工作原理。以C語言進展軟件編寫，通過軟件編程對PWM信號占空比進展調節(jié)，單片機根據程序進展操作，進一步控制了H橋電路的輸入信號，而測速系統(tǒng)把電機轉速反響給單片機通過按鍵控制其轉速，LCD把轉速顯示出來，從而實現電動機的調速、變向等功能，這種設計方法的電路簡單，具有操作簡單、非常實用前景和價值。關鍵詞：直流電機；MC51；PWM調速；L298；LCD1602目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc25692引言 PAGEREF _Toc25692 2HYPERLINK l _Toc20

3、268一、調速系統(tǒng)總體設計 PAGEREF _Toc20268 2HYPERLINK l _Toc207901.1系統(tǒng)總體設計說明 PAGEREF _Toc20790 2HYPERLINK l _Toc235731.2系統(tǒng)總體設計框圖 PAGEREF _Toc23573 2HYPERLINK l _Toc16175二、調速系統(tǒng)的硬件電路的設計與原理 PAGEREF _Toc16175 2HYPERLINK l _Toc99022.1基于單片機的電機控制設計 PAGEREF _Toc9902 2HYPERLINK l _Toc10747單片機簡介 PAGEREF _Toc10747 2HYPER

4、LINK l _Toc28202單片機在電機控制方面的應用 PAGEREF _Toc28202 2HYPERLINK l _Toc12852.2電機驅動電路設計 PAGEREF _Toc1285 2HYPERLINK l _Toc27946驅動電路原理介紹 PAGEREF _Toc27946 2HYPERLINK l _Toc27084驅動電路的專用芯片選用及設計 PAGEREF _Toc27084 2HYPERLINK l _Toc25380調速系統(tǒng)驅動電路設計及分析 PAGEREF _Toc25380 2HYPERLINK l _Toc231142.3電機轉速采集電路設計 PAGEREF

5、_Toc23114 2HYPERLINK l _Toc14528速度采集的原理及方法 PAGEREF _Toc14528 2HYPERLINK l _Toc5517電機轉速采集電路設計 PAGEREF _Toc5517 2HYPERLINK l _Toc87762.4顯示模塊設計 PAGEREF _Toc8776 2HYPERLINK l _Toc12191顯示模塊的原理與方法 PAGEREF _Toc12191 2HYPERLINK l _Toc22066顯示模塊電路設計 PAGEREF _Toc22066 2HYPERLINK l _Toc315272.5鍵盤輸入模塊設計 PAGEREF

6、_Toc31527 2HYPERLINK l _Toc29936鍵盤輸入模塊的原理與方法 PAGEREF _Toc29936 2HYPERLINK l _Toc30088鍵盤輸入模塊電路設計 PAGEREF _Toc30088 2HYPERLINK l _Toc26856三、調速系統(tǒng)數字局部的設計與原理 PAGEREF _Toc26856 2HYPERLINK l _Toc325983.1 PID控制器 PAGEREF _Toc32598 2HYPERLINK l _Toc124213.1.1 PID控制的原理與方法 PAGEREF _Toc12421 2HYPERLINK l _Toc225

7、95數字PID算法的實現 PAGEREF _Toc22595 2HYPERLINK l _Toc163413.2數字測速模塊 PAGEREF _Toc16341 2HYPERLINK l _Toc31405數字測速模塊的設計思想與算法 PAGEREF _Toc31405 2HYPERLINK l _Toc2982數字測速系統(tǒng)流程圖 PAGEREF _Toc2982 2HYPERLINK l _Toc45213.3 12864LCD顯示模塊 PAGEREF _Toc4521 2HYPERLINK l _Toc73033.3.1 12864LCD顯示器的控制方法 PAGEREF _Toc7303

8、2HYPERLINK l _Toc36293.4行列式鍵盤輸入模塊 PAGEREF _Toc3629 2HYPERLINK l _Toc1962行列式鍵盤輸入模塊的設計思想 PAGEREF _Toc1962 2HYPERLINK l _Toc246563.4.2 行列式鍵盤輸入模塊的程序流程圖 PAGEREF _Toc24656 2HYPERLINK l _Toc13756調速方法設計 PAGEREF _Toc13756 2HYPERLINK l _Toc19282對PWM控制的介紹 PAGEREF _Toc19282 2HYPERLINK l _Toc279493.5.2 PWM脈沖的產生

9、PAGEREF _Toc27949 2HYPERLINK l _Toc131073.5.3 PWM脈沖產生模塊的程序流程圖 PAGEREF _Toc13107 2HYPERLINK l _Toc9233設計心得 PAGEREF _Toc9233 2HYPERLINK l _Toc30617參考文獻 PAGEREF _Toc30617 2HYPERLINK l _Toc32199附錄1完整電路圖 PAGEREF _Toc32199 2HYPERLINK l _Toc20314附錄2程序源碼 PAGEREF _Toc20314 2.1引言對直流電機轉速的控制方法可分為兩類：勵磁控制與電樞電壓控制。

10、勵磁控制調速法是通過控制磁通，從而控制電機轉速。這類方法，控制功率??；轉速較低時，收到磁飽和的限制；當轉速較高時，收到換向火花和換向器構造強度的限制；而且，由于勵磁線圈存在較大電感，導致了系統(tǒng)動態(tài)響應較差。所以，此法應用較少。電樞電壓控制方式也可分為兩種：一為調節(jié)電壓，二為調節(jié)電流。過去傳統(tǒng)的調速系統(tǒng)是采用模擬電子電路來實現其功能，這種電路優(yōu)勢在于響應快，但是靈活性較差，難易維修。然而單片機作為一種可編程控制器，已經得到成熟的應用。本課題設計是以51系列單片機為控制核心，產生占空比由數字PID算法控制的PWM脈沖信號實現對直流電機轉速的控制。同時利用光電編碼器將電機轉速轉換成脈沖信號反響到單片

11、機中，形成轉速閉環(huán)控制系統(tǒng)，以到達轉速無靜差調節(jié)。人機界面采用12864LCD顯示器顯示電機當前的參數、正反轉狀態(tài)、轉速以及運行時間，通過44鍵盤實現：數字PID參數設置、電機正反轉、加速、減速、啟動、停頓。一、調速系統(tǒng)總體設計1.1系統(tǒng)總體設計說明本文設計了一個直流電機的調速控制系統(tǒng)，以MC51單片機為控制核心產生PWM信號對直流電機的供電電源進展控制從而到達調速目的。采用閉環(huán)構造實現轉速無靜差，以軟件編程方式實現數字PID，系統(tǒng)可以實現可逆調速，應具備必要的人機界面可對電機轉速進展設置，并可以手動調整控制器的PID參數，具備堵轉保護等必要的保護手段。其中總體設計中設計如下模塊：PWM產生及

12、控制、功率放大及驅動電路、電機測速、閉環(huán)速度反響電路、PID控制器、速度顯示、鍵盤控制、保護性電路。1.2系統(tǒng)總體設計框圖二、調速系統(tǒng)的硬件電路的設計與原理2.1基于單片機的電機控制設計單片機簡介單片機是指CPU、RAM、ROM、定時器/計數器以及根本輸入/輸出I/O接口電路等部件集成在一塊芯片上，這樣組成的芯片及微型計算機，稱之為單片微型計算機，簡稱為單片微機或單片機。因為單片機的硬件構造與指令系統(tǒng)都是按工業(yè)控制的要求設計制作的，常用作于工業(yè)的檢測、控制裝置中，因此也稱作微控制器或嵌入式控制器。我國目前廣泛使用的MCS-51系列單片機，性價比較好，8031、8051都屬于51系列。其部構造包

13、括：中央處理器、只讀存儲器、隨機存取存儲器、并行輸入/輸出口、定時/計時器、中斷系統(tǒng)。圖2.2-1 MCS-51單片機的構造框圖MCS-51系列單片機為哈佛構造，就是程序存儲器和數據存儲器分開，相互獨立。它的性能特點有：1部程序存儲器：4KB；2部數據存儲器：128KB；3外部程序存儲器：可擴展到64KB；4外部數據存儲器：可擴展到64KB；5輸入/輸出口線：32根4個端口，每個端口8根；6定時/計數器：2個16位可編程的定時/計數器；7串行口：全雙工，2根；8存放器區(qū)：在部數據存放器的128B中劃出一局部作為存放器區(qū)，分為4個區(qū)，每個區(qū)8個通用存放器；9中斷源：5個中斷源，2個優(yōu)先級；10堆

14、棧：最深128B；11布爾處理器：就是處理器，對*些單元的*位做單獨處理；12指令系統(tǒng)系統(tǒng)時鐘為12MHz時：大局部指令執(zhí)行時間為1us，少局部指令執(zhí)行時間為2us，只有乘、除指令的執(zhí)行時間為4us。圖2.2-2 MCS-51單片機的系統(tǒng)構造框圖MCS-51單片機都采用40腳雙列直插式封裝，40個引腳中有：2個專用于主電源，2個外接晶振，4跳控制或與其他電源復用的引腳，32個I/O引腳。單片機在電機控制方面的應用在單片機控制的電機系統(tǒng)中，單片機的輸入信號一般是：用作頻率或轉速設定的運行指令，用作閉環(huán)控制和過電壓、過電流保護的電機系統(tǒng)電流、電壓反響量，用于轉速、位置閉環(huán)控制的電機轉速、轉角信號，

15、用作缺相或瞬時停電保護的交流電源電壓信號等。從計算機輸出地信號主要為：交流裝置功率半導體元器件的觸發(fā)信號，用于控制輸出電壓、電流的頻率、幅值和相位信號，電機系統(tǒng)的運行和故障狀態(tài)指示信號，及上位機或系統(tǒng)的通信信號等。單片機在電機控制系統(tǒng)中實現的主要功能有：邏輯控制功能，運算、調節(jié)和控制功能、自動保護功能、故障檢測和實時診斷功能。電動機系統(tǒng)采用單片機控制具有的優(yōu)越性：容易獲得高精度的穩(wěn)態(tài)調整性能，可獲得優(yōu)化的控制質量，能方便靈活地實現多種控制策略，提高系統(tǒng)工作的可靠性。2.2電機驅動電路設計驅動電路原理介紹在直流電機驅動方面，普遍應用H橋電路來實現對直流電機的調速，如圖2.2-1。圖2.2-1 H

16、橋驅動電路由圖可知，H橋驅動電路由4個三極管與電機組成，其形狀與字母H相似，所以被稱為“H橋驅動電路。假設想要讓電機運行，需要導通對角的兩個三極管，Q1與Q4或Q2與Q3。當Q1與Q4導通時，如圖2.2-2。圖2.2-2 電機順時針運行電流從從電源正極流出后，從Q1由左向右流過電機，再從Q4流出回來電源的負極。此時，電流以從左往右的方向流過電機，從而使電機按順時針方向運轉。當Q2與Q3導通時，如圖2.2-3。圖2.2-3 電機逆時針運行電流從從電源正極流出后，從Q3由右向左流過電機，再從Q2流出回來電源的負極。此時，電流以從右往左的方向過電機，從而使電機按逆時針方向運轉。驅動電路的專用芯片選用

17、及設計為了使驅動電路更加穩(wěn)定可靠，并且減少布線，決定采用專用芯片來驅動直流電機工作。L298N是一款由SGS公司生產的直流電機控制芯片。它的部包含兩個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，承受標準TTL邏輯電平信號，可以驅動46V、2A以下的電機。以L298N構造組成的PWM功率放大器的工作形式為單級可逆模式，2個H橋的下側橋晶體管發(fā)射極連接在一起。L298可驅動2個電機，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個電動機。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉，ENA、ENB接控制使能端，控制電機的停轉。圖2.2-4 L298部構造圖圖2.2-5 L298引腳圖調速系統(tǒng)驅動

18、電路設計及分析本調速系統(tǒng)的驅動電路設計如圖2.2-6所示。圖2.2-6 L298驅動電路表2.2-1 L298輸入輸出關系表根據上表可得，當使能控制端ENA為高電平時，將PWM控制信號送至輸入端IN1與IN2，便可以控制電動機的正轉與反轉。當IN1端為PWM信號，而IN2端為低電平時，電機正轉；當IN2端為PWM信號，而IN1端為低電平時，電機反轉。當IN1端與IN2端都為低電平時，驅動橋路上的4個晶體管均處于截止狀態(tài)，這樣使正在運行的電機的電樞電流反向，電機便自由停頓。當電機正常運行同時，瞬間導通另一組晶體管，將使電機快速停頓。電機的在轉速上的調節(jié)由單片機產生不同占空比的PWM信號來實現。2

19、.3電機轉速采集電路設計速度采集的原理及方法本調速系統(tǒng)中由于要將電機當前采樣的速度與上次采樣的速度進展比較，計算出偏差，然后進展PID運算，因此速度采集電路在整個系統(tǒng)中是不可缺少的。目前在速度采集技術上主要有以下三種方法：方法一：霍爾集成片。這是由三片霍爾金屬板組成的器件，當磁鐵正面朝向金屬板時，便產生霍爾效應，金屬板會產生橫向導通的現象。因此，我們只要把磁片安裝在電機上，并將霍爾集成片安裝在固定軸上，這樣便可以將電機的速度以脈沖的形式檢測出來。方法二：測速發(fā)電機。將測速發(fā)電機與直流電機的轉軸相連，當直流電機運轉時，帶動測速發(fā)電機一起轉動，此時測速發(fā)電時機產生大小取決于電機轉速的感應電動勢。方

20、法三：光電編碼器。這是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。將上訴三種方法進展比較，由于高性能的霍爾元件較難購置，且本錢較高，所以不采用方法一。測速發(fā)電機雖然采樣精度較高，但是其實際的安裝電路較復雜，而且本錢也是三者中最高的，所以也不予采用。因此，本課題將采用方法三：光電編碼器來作為電機轉速采集模塊的傳感器。光電編碼器由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一個一定直徑的圓板上等分地裁剪出假設干個長方形孔如圖2.3-1(a)所示。光電碼盤與電機同軸，當電機運轉時，光柵盤與電機一起轉動，經發(fā)光二極管等電子器件組成的檢測裝置檢測的脈沖信號。再通過計算一個周期光電編碼器

21、輸出的脈沖數，從而得到當前電機的轉速如圖2.3-1(b)所示。而且，編碼盤還可提供相位相差的兩路脈沖信號來判斷旋轉方向。(a) (b)圖2.3-1 光電編碼器原理圖電機轉速采集電路設計圖2.3-2 測速模塊電路圖2.4顯示模塊設計顯示模塊的原理與方法為了使調速系統(tǒng)能讓人更直觀地觀察到電機在調速期間的運行狀況，所以，顯示模塊是不可缺少的。目前在顯示模塊主要有以下三種方式：方法一：LED數碼管顯示器。是由發(fā)光二極管作為發(fā)光單位制作而成。通過控制輸入顯示器的段碼信號來控制顯示器。其顯示接口電路分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。方法二：液晶顯示器LCD。其分為點陣型與字符型兩種，點陣型液晶可顯示圖形和文字，

22、字符型液晶只能顯示字符。將上訴兩種方法進展比較，LED數碼管顯示器雖然在控制方面較為簡單，但是占用的資源較多，且無法顯示本課題所需的信息量，所以方法一不予采用。液晶顯示器LCD因其功耗小、體積小等特點，且符合本課題要求，所以予以采用。LCD顯示模塊存在多種不同的型號與規(guī)格，對于不同的規(guī)格和型號的液晶顯示器而言，它們的控制方法是一樣的。針對本課題的要求，對于所需顯示的信息量，在顯示模塊選擇了12864LCD液晶顯示器，它主要是由行驅動器、列驅動器以及12864圈點陣液晶顯示器組成，既能進展?jié)h字顯示(1616)以及圖形顯示。12864LCD共有20個引腳，其引腳分布如圖2.4-1所示，其引腳功能如

23、表2.4-2所示。圖2.4-21 12864LCD液晶顯示器模塊引腳圖引腳符號引腳功能引腳符號引腳功能1VSS電源地15CS1CS1=1芯片選擇左邊64*64點2VDD電源正+5V16CS2CS2=1芯片選擇右邊64*64點3VO液晶顯示驅動電源17/RST復位低電平有效4RSH：數據輸入；L：指令碼輸入18VEELCD驅動負電源5R/WH：數據讀?。籐：數據寫入19A背光電源+6E使能信號。20K背光電源-7-14DB0-DB7數據線有些型號的模塊19、20腳為空腳表2.4-2 12864LCD液晶顯示器模塊引腳功能顯示模塊電路設計本調速系統(tǒng)的顯示模塊電路設計如圖2.4-3所示。圖2.4-3

24、 12864LCD液晶顯示器模塊電路圖2.5鍵盤輸入模塊設計鍵盤輸入模塊的原理與方法由于本直流電機調速系統(tǒng)要求通過按鍵形式對直流電機進展相應控制，包括：正轉、反轉、加速、減速、停頓、啟動以及PID控制器的參數設定。所以按鍵輸入模塊是本系統(tǒng)的人機界面局部至關重要的一局部。目前在鍵盤輸入模塊主要有以下兩種方法：方法一：獨立式鍵盤。每個鍵占用一個I/O口。其優(yōu)點是構造簡單、使用方便，缺點是所占用端口資源較多。方法二：行列式鍵盤。行列式鍵盤由行線跟列線組成。以對行線和列線進展掃描的方法來確認鍵值。其優(yōu)點是在鍵盤較多的情況下，占用的I/O口資源較少，缺點是相對于獨立式鍵盤而言，構造較復雜。將上訴兩種方法

25、進展比較，本課題要求完成電機的加速、減速、啟動、停頓、正反轉控制，以及對P、I、D三項參數的設定，所以所需的按鍵較多。假設采用獨立式鍵盤勢必占用大量的I/O口資源，所以方法一不予以采用。而行列式恰好滿足了本課題的要求，所以采用方法二。2.5.2鍵盤輸入模塊電路設計本調速系統(tǒng)的顯示模塊電路設計如圖2.5-1所示。圖2.5-1 行列式鍵盤輸入模塊電路圖三、調速系統(tǒng)數字局部的設計與原理3.1 PID控制器3.1.1 PID控制的原理與方法對于一個控制系統(tǒng)，通常要求其具有快速性、穩(wěn)定性的品質和性能指標，本課題為了提高調速系統(tǒng)對直流電機在速度運行的上述要求，將采用轉速閉環(huán)系統(tǒng)來對本直流電機調速進展優(yōu)化，

26、并采用數字PID控制器來實現電機的無靜差運行。圖3.1-1 PID控制器的原理框圖增益常數系數上升時間過沖建立時間穩(wěn)態(tài)誤差Kp減少增大很小變化減小KI減少增大增加消除KD很小變化減小減少很小變化圖3.1-2 積分I和比例積分PI控制階躍響應數字PID算法的實現在單片機的應用中，可選用的控制方法其實很多，但最常用的還是數字PID算法。通過最優(yōu)控制理論可以證明，PID控制能夠滿足非常多工業(yè)控制對象的控制要求。PID算法也存在多種算法，如位置式PID算法、增量式PID算法等。本課題的直流電機調速系統(tǒng)采用的核心算法是增量式PID算法，它是根據本次采樣的數據與設定值進展比較，求出誤差，然后通過P、I、D

27、用算，一步步逼近設定值，最終輸出運算結果來控制PWM脈沖的占空比來調節(jié)直流電機兩端的電壓值，從而到達控制點自己轉速的作用。增量式PID算法公式為：數字增量式PID程序的流程如圖3.1-4所示：圖3.1-4 數字增量式PID程序流程圖3.2數字測速模塊數字測速模塊的設計思想與算法單片機接收從光電編碼器的脈沖，然后進展數字運算，計算出當前電機轉速，最后將轉速值傳送給LCD顯示與PID控制模塊。如圖3.2-1所示圖3.2-1 數字測速模塊設計思想利用單片機的外部中斷來記錄脈沖數。每當編碼器旋轉一周記為一個脈沖，由脈沖觸發(fā)外部中斷，累計外部中斷的次數，除以編碼盤上的總開口數，便可得到編碼器旋轉地圈數。

28、再利用單片機的定時器，利用軟件定時產生1秒的定時時間，在1秒定時時間到達時，所記錄的外部中斷發(fā)生中斷的次數，便是電機的轉速(r/s)。轉速計算公式：數字測速系統(tǒng)流程圖abc圖3.2-2 (a)系統(tǒng)主程序流程圖 (b)外部中斷流程圖 (c)定時器中斷流程圖3.3 12864LCD顯示模塊3.3.1 12864LCD顯示器的控制方法在前面的章節(jié)已經對12864LCD顯示器的引腳分布以及引腳功能做了說明，下面我們來介紹下12864LCD顯示器的控制方法。讀狀態(tài)D/IR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0011BUSY0ONOFFRST0000如果BUSY=1，表示系統(tǒng)正忙，不能操作

29、；只有BUSY=0時，才能操作。寫指令D/IR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000下降沿指令寫數據D/IR/WEDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB010下降沿顯示數據將8位數據寫入已確定的顯示存儲器的單元。操作每完成一個列地址，列地址計數器加1.顯示開關設置D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000011111D當D=1時，開顯示；當D=0時，關顯示。顯示起始行設置D/IR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00011顯示起始行063有上表可知，DB5至DB0為顯示起始行的地址，取值在0至3FH(1至64行)之間，它所規(guī)定

30、的是顯示器屏幕上顯示容的最頂一行所對應的顯示存儲器的行地址。64LCD顯示器的顯示子程序流程圖圖3.3-2 寫入1616漢字程序流程圖3.4行列式鍵盤輸入模塊行列式鍵盤輸入模塊的設計思想單片機讀取行線和列線當前的電平上下，確認是否有按鍵按下，然后通過部運算確定鍵值，輸出鍵值，用于：改變電機運行狀態(tài)，12864LCD顯示相關參數，設定PID參數。如圖3.4-1所示。圖3.4-1 鍵盤輸入模塊設計思想行列式鍵盤編程要實現以下三個目標：鍵的正確判斷。先使*行值為“0。再讀取列值，如果讀取得到的列值是“0，則說明所在行和列的穿插處的鍵被按下。鍵去抖動。當掃描到有鍵按下時，延時10ms再判斷該鍵是否仍是

31、按下的，假設不是，則將它當做誤操作處理。這樣可以有效對按鍵動作進展消抖。鍵值確定。根據行號、列號建立一個鍵值數據表，鍵值存于數據表中，當相應的按鍵按下時，再從中取鍵值。通過相應的鍵值執(zhí)行其對應的代碼。3.4.2 行列式鍵盤輸入模塊的程序流程圖圖3.4-2 行列式鍵盤程序流程圖調速方法設計對PWM控制的介紹由電機原理可得一下公式：5-1在確定的調速系統(tǒng)中，I、R、K及都是確定，則由式5-1可知，轉速n與直流電機的電樞電壓存在一定關系，只要調節(jié)點數電壓U，就能改變轉速n，此法稱為調壓調速法。由于全空性功率電子器件的逐步開展，PWM控制技術與開關功率電路已經成為主流技術，以其能減小功率器件導通損耗、

32、提高驅動效率等優(yōu)點，所以在功率應用方面已經根本取代了現行功率放大電路。在PWM控制技術中，讓功率器件按一個固定頻率工作在“開與“關兩個狀態(tài)，即開關飽和和導通狀態(tài)。通過這種方式來改變公路器件的驅動脈沖信號的通、斷的時間，來改變負載兩端的平均電壓的大小。當這個負載為直流電機時，就實現了電機的調壓調速。下面舉例說明下，PWM的工作原理，如以下圖所示：圖3.5-1 PWM波形圖設T為脈沖的周期，t1為電樞兩端高電平時電壓為Ud所用的時間，為占空比，得：因此，我們可得電樞兩端電壓的平均值：假設電壓幅值，周期，脈寬，則占空比，得：電樞兩端的平均電壓。3.5.2 PWM脈沖的產生單片機的PWM口。新一代的單

33、片機增加了許多功能，其中包括PWM功能。在這些單片機中我們只要通過初始化設置，就能使其PWM輸出口自動輸出PWM脈沖波，只有在改變占空比時CPU才進展干預。本設計采用定時器0設置周期計數，假設計數到100歸零，主函數中可以根據計數值控制引腳上下電瓶所占比，即控制電機占空比。3.5.3 PWM脈沖產生模塊的程序流程圖圖3.5-6 PWM脈沖程序流程圖設計心得本設計對基于L298芯片PWM控制直流電機的閉環(huán)調速系統(tǒng)做了一個粗淺的探討。它是以51系列單片機為控制核心，加上一定量的外圍電路，通過L298驅動芯片完成對直流電機的驅動，通過PWM脈沖波完成對直流電機的調速，通過數字PID與測速模塊形成速度

34、閉環(huán)系統(tǒng)完成對直流電機的無靜差調節(jié)。并通過人機界面，完成對電機運行的參數設置，且直觀地觀察電機的運行狀態(tài)。在整個設計過程中遇到了很多問題，我通過尋找書籍以及網絡資料進展改善與解決，該系統(tǒng)還存在缺乏之處有待改善。鑒于本水平有限，有不對之處，望包涵，多多指教。參考文獻1 強等.基于單片機的電動機控制技術M.：中國電力出版2 谷腰欣司等.直流電動機實際應用技巧M.：科學出版3偉.PWM技術在電機驅動控制中的應用D.：工業(yè)大學電子與通信工程專業(yè)4 千帆,寇寶泉. 電機控制集成電路的選用：第五講直流電機PWM控制芯片UC3637的選用J. 微電機5 余建國.基于單片機的步進電動機調速的控制方法J.產品與

35、技術系統(tǒng)&裝置.電器時代20066 薛英杰.用于單相電機調速的單片PWM控制技術A.伺服技術附錄1完整電路圖附錄2程序源碼*include *include *define GPIO_KEY P1 /定義矩陣鍵盤端口*define uint unsigned intuintduty=0.3; /占空比a(01) int num; sbit MOTOR_1=P25;sbit MOTOR_2=P26;sbit EN_MOTOR=P27;int change=1; /電機正反轉 1：正轉 2：反轉int TarSpd = 0; /真實速度int CurSpd = 0; /測量速度int stop_f

36、lag=0; /停車標志位int speed_count = 0; /計數，20次為1sint num_medium; /脈沖個數int num_display; /脈沖個數使用uinte0,e1,e2,kp,ki,kd,vpa;void Delay10ms(); /延時10msvoid KeyDown(); /檢測按鍵函數voidmotor_control();char KeyValue=0; /鍵值 116void main(void)IT0 = 0; /外部中斷0采用電平觸發(fā)方式;邊沿觸發(fā)為1下降沿有效TMOD=0*01;TH0=(65536-20)/256;TL0=(65536-20)

37、%256;TH1=(65536-50000)/256; /50ms TL1=(65536-50000)/256;EA=1;ET0=1;TR0=1; ET1=1;TR1=1;E*0 = 1; /開外部中斷0 TarSpd=0.5; /電機速度LCD_Init();LCD_Location(0,0);LCD_PrintStr(基于L298芯片PWM控制直流電機的閉環(huán)調速系統(tǒng));while(1)KeyDown(); /按鍵掃描switch(KeyValue)case 1:kp+=0.1;break; /pid調節(jié)case 2:kp-=0.1;break;case 3: ki+=0.1;break;c

38、ase 4:ki-=1 ;break;case 5:kd+=1 ;break;case 6:kd-=0.1;break;case 7: TarSpd+=0.1;break;/加速case 8:TarSpd-=0.1;break;/減速case 9: change=1;break; /正轉case 10:change=2;break; /反轉case 11:stop_flag=1;break;/停車motor_control();if(change=1)if(num=100*duty)MOTOR_1=1;elseMOTOR_1=0;MOTOR_2=0;if(change=2)if(num=100*duty)MOTOR_2=1;elseMOTOR_2=0;MOTOR_1=0;LCD_Location(0,16);LCD_PrintStr(設定速度:);LCD_Location(80,16);LCD_PrintNum(TarSpd,2);LCD_Location(0,32);LCD_PrintStr(當前速度:);LCD_Location(80,32);LCD_PrintNum(CurSpd,