基于TMS2812直流電機(jī)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE基于TMS320F2812的直流電動(dòng)機(jī)控制專業(yè)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：摘要本文是對(duì)直流電機(jī)PWM調(diào)速器設(shè)計(jì)的研究，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。本課程設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。并實(shí)現(xiàn)電路的仿真。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計(jì)中，將DSP作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測(cè)量；由命令輸入模塊、光電隔離模塊及H型驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，不斷給光電隔離電路發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制.在設(shè)計(jì)中，采用PWM調(diào)速方式，通過改變PWM的占空比從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。設(shè)計(jì)的整個(gè)控制系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了大量的集成電路模塊，大大簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提高。關(guān)鍵詞：PWM調(diào)速；正反轉(zhuǎn)控制；仿真PAGEPAGE15目錄第一章概述 I1.1工程訓(xùn)練的目的 11.2工程訓(xùn)練的要求 1第二章方案的選擇與確定 12.1設(shè)計(jì)思路 12.2基本原理 12.3總體設(shè)計(jì)框圖 1第三章直流電機(jī)單元電路設(shè)計(jì)與分析 23.1總電路圖 23.2總電路功能介紹 23.3直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 73.4直流電機(jī)的中斷鍵盤控制模塊 93.5直流電動(dòng)機(jī)的硬件原理圖 1第四章軟件設(shè)計(jì) 14.1軟件流程圖 14.2源程序設(shè)計(jì) 1第五章PCB繪制與電路板制作 15.1PCB板的制作流程圖 15.2生成PCB圖及制版 2第六章功能的實(shí)現(xiàn)與測(cè)試報(bào)告 11總結(jié) 22參考文獻(xiàn)資料 23第一章概述1.1工程訓(xùn)練的目的：(1)學(xué)習(xí)用C語言編制中斷程序，控制F2812DSP通用I/O管腳產(chǎn)生不同占空比的PWM信號(hào)。(2)學(xué)習(xí)F2812DSP的通用I/O管腳的控制方法。（3）通過C語言編程控制控制I/O管腳產(chǎn)生不同占空比的PWM信號(hào)。（4）通過直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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。(5)學(xué)習(xí)直流電機(jī)的控制原理和控制方法。1.2工程訓(xùn)練的要求：本課程設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。并實(shí)現(xiàn)電路的仿真。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計(jì)中，將DSP作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測(cè)量；由命令輸入模塊、光電隔離模塊及H型驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，不斷給光電隔離電路發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制.在設(shè)計(jì)中，采用PWM調(diào)速方式，通過改變PWM的占空比從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。（1）通過直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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。（2）、電路圖設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、完全；（3）、元器件安裝規(guī)范，焊接到位，外觀優(yōu)美；第二章方案的選擇與確定2.1設(shè)計(jì)思路方案說明：通過C語言編程改變pwm波的占空比，將此pwm波從I/O口輸出到直流電動(dòng)機(jī)，從而改變其轉(zhuǎn)速，通過引腳上給出高電平或低電平和邏輯電路來控制直流電機(jī)的方向。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；2.2基本原理2.2.1TMS320F2812DSP的McBSP引腳通過設(shè)置PWM11和PWM5的工作方式和狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)將它們當(dāng)成通用I/O引腳使用。2.2.2直流電機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。近年來，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制(PulsWidthModulation，簡稱PWM)控制方式已成為絕對(duì)主流。2.2.3PWM調(diào)壓調(diào)速原理對(duì)于直流電機(jī)來說，如果加在電樞兩端的電壓為2.3所示的脈動(dòng)電流壓（要求脈動(dòng)電壓的周期遠(yuǎn)小于電機(jī)的慣性常數(shù)），可以看出，在T不變的情況下，改變T1和T2寬度，得到的電壓將發(fā)生變化，下面對(duì)這一變化進(jìn)一步推導(dǎo)。圖2.3施加在電樞兩端的脈動(dòng)電壓設(shè)電機(jī)接全電壓U時(shí)，其轉(zhuǎn)速最大為Vmax。若施加到電樞兩端的脈動(dòng)電壓占空比為D=t1/T，則電樞的平均電壓為：U平=U·D……………式1.4由式1.3得到：n=Ea/CeΦ≈U·D/CeΦ=KD；在假設(shè)電樞內(nèi)阻轉(zhuǎn)小的情況下式中K=U/CeΦ，是常數(shù)。圖2.4占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系由圖看出轉(zhuǎn)速與占空比D并不是完全速的線性關(guān)系（圖中實(shí)線），原因是電樞本身有電阻，不過一般直流電機(jī)的內(nèi)阻較小，可以近視為線性關(guān)系。由此可見，改變施加在電樞兩端電壓就能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速成，這就是直流電機(jī)PWM調(diào)速原理。2.3總體設(shè)計(jì)框圖光電路驅(qū)動(dòng)電荷泵電路電邏輯光電路驅(qū)動(dòng)電荷泵電路電邏輯隔電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大電路離H橋功能驅(qū)動(dòng)電路電路DIRPWMBRACKMMVM第三章直流電動(dòng)機(jī)單元電路設(shè)計(jì)與分析3.1總電路圖3.2總電路功能介紹主體電路：即直流電機(jī)PWM控制模塊。這部分電路主要由單片機(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。其間是通過單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號(hào)并輸入到TMS2812來控制直流電機(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)立式鍵盤來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)控制部分：主要由單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成。直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機(jī)和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要由一些二極管、電機(jī)和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（內(nèi)含CMOSS管、三太門等）組成?，F(xiàn)在介紹下直流電機(jī)的運(yùn)行原理3.3.1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。3.3.2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)子外圓有槽，槽內(nèi)嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷引出,直流電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)3.3.3直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)電路模型如圖2.2所示，磁極N、S間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈abcd。當(dāng)線圈中流過電流時(shí)，線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當(dāng)流過線圈中電流改變方向時(shí)，線圈的受方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向。圖2.2直流電動(dòng)機(jī)電路模型3.3.4直流電動(dòng)機(jī)硬件原理圖3.4直流電機(jī)的中斷鍵盤控制模塊3.4.1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EX0對(duì)應(yīng)INT0，EX1對(duì)應(yīng)INT1，EA為中斷的總開關(guān)，若要開放外部中斷，只要將IE對(duì)應(yīng)的位和總開關(guān)EA置1即可。如：開放外部中斷0的設(shè)置：SETBEX0SETBEA開放外部中斷0和1的設(shè)置：SETBEX0SETBEX1SETBEA（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的IT位有關(guān)。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0電平觸發(fā)設(shè)置方法：CLRITX，為低電平觸發(fā)方式。脈沖觸發(fā)設(shè)置方法：SETBITX＝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）外部優(yōu)先級(jí)設(shè)置外部中斷IN0、INT1的中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置是通過設(shè)置IP寄存器實(shí)現(xiàn)的，IP的PX0對(duì)應(yīng)INT0，PX1對(duì)應(yīng)INT1。PX置1為高級(jí)中斷，PX為0為低級(jí)中斷?！痢痢罰SPT1PX1PT0PX03.4.2外部中斷擴(kuò)展方法在圖3.3為外部中斷擴(kuò)展方法，設(shè)X1、X2、X3、X4、X5為外部警情信號(hào)，X1代表是加速信號(hào)，X1=0表示加速；X2代表減速信號(hào)，X2=0表示減速；X3代表正轉(zhuǎn)信號(hào)，X3=0表示正轉(zhuǎn)；X4代表反轉(zhuǎn)信號(hào)，X4=0表示反轉(zhuǎn)；X5代表停止信號(hào)，X5=0表示停止處理。圖3.3外部中斷擴(kuò)展電路當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有中斷請(qǐng)求時(shí)，響應(yīng)如下中斷服務(wù)流程圖3.4。圖3.4中斷服務(wù)流程第四章軟件設(shè)計(jì)4.1軟件流程圖4.2源程序設(shè)計(jì)第五章PCB板的繪制與電路板的制作5.1PCB板的制作流程圖設(shè)計(jì)繪制原理圖→導(dǎo)成PCB圖→打印輸出（熱轉(zhuǎn)印紙）↓金屬焊盤鉆孔←腐蝕（留下電子線路）←利用熱轉(zhuǎn)印法將PCB圖轉(zhuǎn)到敷銅板↓焊接安裝元器件→調(diào)試→成品5.2生成PCB圖及制板第六章功能的實(shí)現(xiàn)與測(cè)試報(bào)告每個(gè)模塊做好以后，就可以調(diào)用程序（直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊程序已編寫好）來調(diào)試功能，如果能正常運(yùn)行那就說明模塊做的是正確的，相反，如不能正常實(shí)現(xiàn)功能就必須找出其中存在的錯(cuò)誤原因。要么是硬件電路錯(cuò)誤，要么就是軟件調(diào)用不當(dāng)或是I/O口設(shè)定存在問題，因此在調(diào)試過程中必須仔細(xì)，對(duì)每一部分加以完善。最重要的是對(duì)其整體的調(diào)試，因此要對(duì)其內(nèi)部地址進(jìn)行分配，中斷也要集中編寫完善，主程序編寫相對(duì)復(fù)雜，所以要先把電機(jī)驅(qū)動(dòng)弄好之后讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來再添加調(diào)速部分。添加鍵盤程序，使其能設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向。根據(jù)串行口調(diào)試工具能很好的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。通過PWM控制使電動(dòng)機(jī)能夠正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)加速減速的功能。最后，調(diào)試成功，交作品?？偨Y(jié)通過這次對(duì)TMS2812的直流電動(dòng)機(jī)控制的設(shè)計(jì)與制作過程，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。并實(shí)現(xiàn)電路的仿真。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計(jì)中，將DSP作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測(cè)量；由命令輸入模塊、光電隔離模塊及H型驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，不斷給光電隔離電路發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制.在設(shè)計(jì)中，采用PWM調(diào)速方式，通過改變PWM的占空比從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。設(shè)計(jì)的整個(gè)控制系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了大量的集成電路模塊，大大簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)