基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)word格式

基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.總體設(shè)計(jì)概述單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速簡(jiǎn)介：?jiǎn)纹瑱C(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。PWM是通過控制固定電壓的電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過改變直流電機(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”。本系統(tǒng)以8051單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)控制對(duì)直流電機(jī)的平滑調(diào)速。系統(tǒng)控制方案的分析：本直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，以直流電機(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)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并通過單片機(jī)控制速度的變化。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)對(duì)電機(jī)速度的有效控制。本系統(tǒng)采用89C51控制輸出數(shù)據(jù)，由PWM信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生PWM信號(hào)，送到直流電機(jī)，直流電機(jī)通過測(cè)速電路，濾波電路，和A/D轉(zhuǎn)換電路交數(shù)據(jù)重新送回單片機(jī)，進(jìn)行PI運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)向的控制，達(dá)到直流電機(jī)調(diào)速的目主控芯片PWM信號(hào)的產(chǎn)生與放大主控芯片PWM信號(hào)的產(chǎn)生與放大直流電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)濾波電路A/D轉(zhuǎn)換3.PWM的基本原理PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(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PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱?，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。如圖2-8所示：PWM方波4.PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)PWM信號(hào)發(fā)生電路圖PWM波可以由具有PWM輸出的單片機(jī)通過編程來得以產(chǎn)生，也可以采用PWM專用芯片來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)PWM波的頻率太高時(shí)，它對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時(shí)，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)PWM波的頻率在18KHz左右時(shí)，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計(jì)數(shù)器4040組成了PWM信號(hào)發(fā)生電路。兩片數(shù)值比較器4585，即圖上U2、U3的A組接12位串行4040計(jì)數(shù)輸出端Q2—Q9，而U2、U3的B組接到單片機(jī)的P1端口。只要改變P1端口的輸出值，那么就可以使得PWM信號(hào)的占空比發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)速控制。12位串行計(jì)數(shù)器4040的計(jì)數(shù)輸入端CLK接到單片機(jī)C51晶振的振蕩輸出XTAL2。計(jì)數(shù)器4040每來8個(gè)脈沖，其輸出Q2—Q9加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于或者等于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí)，圖中U2的（A>B）輸出端保持為低電平，而當(dāng)計(jì)數(shù)值大于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí)，圖中U2的（A>B）輸出端為高電平。隨著計(jì)數(shù)值的增加，Q2—Q9由全“1”變?yōu)槿?”時(shí)，圖中U2的（A>B）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在U2的（A>B）端得到了PWM的信號(hào)，它的占空比為（255-X/255）*100%，那么只要改變X的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變PWM信號(hào)的占空比，從而進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。使用這個(gè)方法時(shí)，單片機(jī)只需要根據(jù)調(diào)整量輸出X的值，而PWM信號(hào)由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡(jiǎn)化，同時(shí)也有利于單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。由于單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)P1端口輸出全為“1”，使用數(shù)值比較器4585的B組與P1端口相連，升速時(shí)P0端口輸出X按一定規(guī)律減少，而降速時(shí)按一定規(guī)律增大。5.PWM發(fā)生電路數(shù)據(jù)比較器的工作原理具有數(shù)據(jù)比較功能的芯片有74LS6828，74LS6838等8位數(shù)值比較器，4位數(shù)值比較器4585等。本PWM發(fā)生電路通過兩片4位數(shù)值比較器4585就可實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的產(chǎn)生，因此選用4585作為信號(hào)發(fā)生電路。芯片4585的引腳圖：4585引腳圖4585引腳圖6.系統(tǒng)總體電路圖直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)由單片機(jī)產(chǎn)生控制PWM信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生PWM信號(hào)的數(shù)據(jù)，控制直流電機(jī)調(diào)速電路對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。系統(tǒng)總休電路圖7.主程序設(shè)計(jì)（軟件部分）主程序是一個(gè)循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好速度初始值，這個(gè)初始值與測(cè)速電路送來的值相比較得到一個(gè)誤差值，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其程序流程圖如圖所示。軟件由1個(gè)主程序、1個(gè)中斷子程序和1個(gè)PI控制算法子程序組成。主程序是一個(gè)循環(huán)程序，其主要思路是由單片機(jī)P1口生數(shù)據(jù)送到PWM信號(hào)發(fā)生電路，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。主程序流程圖如圖所示：8.結(jié)論本文所述的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是以低價(jià)位的單片微機(jī)8051為核心的，而通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)整又有多種途徑，相對(duì)于其他用硬件或者硬件與軟件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，采用PWM軟件方法來實(shí)現(xiàn)的調(diào)速過程具有更大的靈活性和更低的成本，它能夠充分發(fā)揮單片