單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)PWM直流電機(jī)調(diào)速

PAGEPAGE1/15武漢工程大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程 單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)（PWM）專業(yè)名稱 07級(jí)通信工程 實(shí)驗(yàn)日期 2009年11月27日 班級(jí) 02班 指導(dǎo)教師 蘇文靜 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 機(jī)電樓408 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。了解直電機(jī)PWM工作原理2.基礎(chǔ)要求編程并實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速LED示電機(jī)的轉(zhuǎn)速即電位器輸（開環(huán)）3.擴(kuò)展要編程并實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速以SPEED口輸出信號(hào)為反饋顯示電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速（閉環(huán)）實(shí)驗(yàn)原理1.PWM的調(diào)原理PWM調(diào)速是過改變輸出脈沖的占空比,從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法。PWM速分為單極性和雙極性兩種在單極性方式下電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變改變的只是轉(zhuǎn)速而在雙極性方式下，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速都是可變的。以下以單極性為例說明PWM調(diào)速的基本原理。假設(shè)一個(gè)脈沖周期內(nèi)高電平電壓為Us持續(xù)時(shí)為t1低平為0V續(xù)時(shí)間為t2.則脈沖周期T=t1+t2周期內(nèi)平均電壓U0=t1＊Us/T令α=t1/T則U0=α＊Usα表示占空比。當(dāng)高電平電壓不變的情況下，電機(jī)兩端電壓的平均值U0取決于占空比α的大小.改變?chǔ)林稻涂梢愿淖兌穗妷旱钠骄?，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是PWM調(diào)速原理。在雙極性方式下，如果U0為負(fù)，意著電機(jī)將反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速由U0的絕對(duì)值制。2.對(duì)象模（PWM電機(jī)速模塊）工作原理直流電機(jī)PWM調(diào)速模塊測(cè)速電路和PWM調(diào)速電兩部分組成模塊的電源由接口總線引入。本模塊中使用的電機(jī)為5V直流電機(jī)。 電機(jī)測(cè)速部分(1）直流電機(jī)測(cè)速原理介紹電機(jī)測(cè)速部分由一個(gè)霍爾開關(guān)和信號(hào)放大電路組成與電機(jī)同軸的轉(zhuǎn)盤上裝有兩塊的強(qiáng)力磁鋼，它們的磁極性相反,以保持轉(zhuǎn)盤的平衡并保證轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周霍爾開關(guān)只導(dǎo)通一次.霍爾開關(guān)平時(shí)輸出為正電壓當(dāng)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼與霍爾開關(guān)正對(duì)時(shí)霍爾開關(guān)輸出負(fù)電壓經(jīng)整形、放大輸出.單片機(jī)通過對(duì)負(fù)脈沖計(jì)數(shù)，可計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速.（2）電機(jī)速部分電路原理及說明3144為霍開關(guān)，整形、放大由LM358完成。一級(jí)358為比較器使用,第二級(jí)作為電壓跟隨器。SPEED負(fù)脈沖輸出接口，對(duì)應(yīng)于模塊上的SPEED插孔。(3）電機(jī)速部分電路測(cè)試方法將模塊插在接口掛箱或?qū)ο髵煜渖喜⒔油娫措姍C(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)用示波器在SPEED插孔處可以看到連續(xù)的負(fù)脈沖。4

K

1 +2 -

1

1 +2 —

2

d

K

5 k C PWM調(diào)速部分（1）PWM調(diào)速電路原理及說明JUMP跳線為極性選擇。2、3腳短接（模塊上選擇D端）為雙極性;1、2腳短接(模塊上選擇S端）為單極性。單極性時(shí)，PWMN為，電機(jī)兩端無電壓;PWMIN為低電機(jī)兩端為正電壓。雙極性時(shí)，PWMIN為，電機(jī)兩端為負(fù)電壓；PWMIN為，電機(jī)兩端為正電壓。（2）PWM調(diào)速電路基本測(cè)試方法將CPU模塊的P1。0~P1。1分別接至CPU掛箱的K1~K3T0接PWM調(diào)速模的PWMIN,模塊的跳線、2腳短接運(yùn)行測(cè)試程序，改變K1K3的值，機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)隨之變化。C PMN3

1A32S0

1A3 2

112 1

+ r1A 13 2 0

A3 -1

13。電位器塊電位器模塊為一個(gè)10K的可調(diào)電阻通過調(diào)節(jié)電位器上的旋鈕可以改變電位器的電壓輸出。此電位器的電壓輸出為0~5V擬電壓.通過連接ADC0809可將電器的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,提供給單片機(jī)使用.4AC89塊ADC0809是種逐次比較式8路模輸入、8位字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器.ADC0809START端為/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，ALE端通道選擇地址的鎖存信號(hào)。實(shí)驗(yàn)電路中將其相連以便同時(shí)鎖存通道地址并開始A/D采樣轉(zhuǎn)換故啟動(dòng)A/D換只需如下兩條指令：MV PRPRTMVX HYPERLINKmailto:@DPTRDT，AA中為何內(nèi)并不重要，這是一次虛擬寫。在中斷方式下，A/D轉(zhuǎn)結(jié)束后會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生EOC信號(hào)，將其與8031CPU板上的INT0相連接。在中斷處理程序中,使用如下指令即可讀取A/D換的結(jié)果：MV PRPRTMVX HYPERLINKmailto:@DPTR＠PDQKQ918291PP9PN0E0P.D

CP0P1P2P3P4P5P6P7P.21P.X2P.23P。34P。45P.56

11 K347834780

C122536495678

34567K基準(zhǔn)電壓

123456789

8271605A4B3CIN0～I(xiàn)N7為模擬電壓輸入2IN0～I(xiàn)N7為模擬電壓輸入109876)基準(zhǔn)電壓（）1P。D2P。03P。14P.05P.1 6P.R7P.D0PPN

P。67P。78P。8P.9P.0P.1P。2P.3P.4P.5

1212

1

55879顯模塊（1、電原理8279顯示路由6位陰極數(shù)碼管顯示74LS244為段驅(qū)器75451位驅(qū)動(dòng)器可編程鍵盤電路由１片74LS138組，8279的據(jù)口,地址,讀寫線，復(fù)位，時(shí)鐘，片選都已經(jīng)接好鍵盤行列掃描線均有插孔輸出鍵盤行掃描線插孔號(hào)為KA0～KA3列描線插孔號(hào)為RL0~RL7；8279還出CTRL、SHIFT插孔。位數(shù)碼管的位選、段選信號(hào)可以從8279引入，也可以有外部的其他電路引入，原理圖如下：（2、電測(cè)試見整機(jī)測(cè)試六位數(shù)碼管電路的測(cè)試：除去電路板上數(shù)碼管右側(cè)的跳線，系統(tǒng)加點(diǎn)，用導(dǎo)線將插孔LD1接低（GN再將插孔LED-ALE-BE—CE-DE-EE-LE-GE-依次接高電（VCC則數(shù)碼管SLED1的相應(yīng)段點(diǎn)亮如果所有的段都不亮則檢查相應(yīng)的芯片75451，如果個(gè)別段不亮，則檢查該段的連線、及數(shù)碼管是否損壞.用同樣的方法依次檢查其它數(shù)碼管.8259顯示、鍵盤控制芯片電路的測(cè)試：加上數(shù)碼管右邊的所有短路線，復(fù)位系統(tǒng)，應(yīng)能正常顯示。否則檢查8279芯片、244芯片、138芯片是否正常。系統(tǒng)組成1。系統(tǒng)鏈框圖801單片機(jī) 79電位器

ADC0809

PWM調(diào)速塊

LED顯示單元2。系統(tǒng)原圖※(見附頁）※軟件設(shè)計(jì)1。思路描述本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)的功能分別為電機(jī)調(diào)速和LED示.直流電機(jī)調(diào)速部分：由于電位器輸出為模擬電壓,而單片機(jī)所能處理的僅為數(shù)字信號(hào),所以要經(jīng)過ADC0809將位器的輸出裝換為數(shù)字信號(hào)因此編程時(shí)要啟動(dòng)IN0動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換并用軟件延時(shí)一段時(shí)間等待轉(zhuǎn)換結(jié)束然后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并將其存入指定的寄存器供調(diào)用。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)需要改變輸出脈沖的占空比因此需要編寫一個(gè)能輸出方波的子程序。如先讓PWM為0,時(shí)一段時(shí)間后,再將PWM取反，即為1,在延時(shí)取反，如此反復(fù)就能達(dá)到輸出方波的目的通過調(diào)節(jié)電位器的電壓輸出改變輸出方波的占空比達(dá)到調(diào)速的目的。LED顯示部本部分的主要功能是將ADC0809的輸出顯示在LED上首先將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入寄存器R1，然后寫示RAM命字,數(shù)據(jù)端口地址送R0,并將初值送R0。寫8279數(shù)據(jù)口地址，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，語句“ACALLTABLE”通過查將ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換為顯示碼寫入9顯示RAM指針R0加1顯示送DPTR輸計(jì)數(shù)器R7減1不為則跳轉(zhuǎn)顯示下一個(gè)數(shù)據(jù)，減為零則從子程序返回。2。程序流圖※(見下頁）※主程序流圖開始堆棧指針、端口地址初始化啟動(dòng)通道IN啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換軟件延時(shí)，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束比較電壓是否為0V

N子程序LPY方波輸出子程序LP2 比較電壓是 N否等于5VY子程序LP1顯示子程序開始寫顯示RAM命令9數(shù)據(jù)地址轉(zhuǎn)換結(jié)果存入R1,高四位存入50H,第四存入1H取顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為端數(shù)據(jù)寫入9示RAM指針R0加1計(jì)數(shù)器R7減1 N為0？返回3.程序清單(1）PWM電調(diào)速程序PWM模塊調(diào)試接線說明模塊的PWM插口與系統(tǒng)板上的P1.0插口相連；外擴(kuò)a/d塊0809的選信號(hào)與系統(tǒng)板上的CS3相連（箱的片選地址為CFB8H）PWM模塊的線：在S短路時(shí)，單脈沖;在D段短路時(shí)，雙脈沖0809的LK接CPU掛的CLK3ADIN0接模擬入。SG T 40OT EU C8HWM EU 1JP SASG T43SAT:OV R,1HOVDT,PRT ；道0OXHYPERLINKmailto：@DPTRDT,AOVR,3LO1：JZ0LOOXHYPERLINKmailto：@DPTR，DTRWP ANL A＃FHJE A＃HLPMP L2L: JE A＃F,MP L2L1: OV R，AOV R,AOV A＃FHLR CUB AR0OV R,AL2: PL WMOV AR4OV R,AAL DLPL PMOV AR5OV R,AAL DLJZ R,P2OV R，1HMP SADLY:OV R，8DLY：OPJZ R,EAJZ R,EAYETND(）ED顯程序SGAT0HLPSACGAT10HPT QU CBSAT： SB 1MOV DPTR,#PORT ；啟動(dòng)通道0MX HYPERLINKmailto：＠DPTRDTWI: JB 10AMX ,HYPERLINKmailto:＠DPTR＠TRMV 0，ADS: MV DT,0FH ;MV A＃8HMX HYPERLINKmailto：＠DPTR＠PRAMV DT,0FH ;示RMMV A#0HMX HYPERLINKmailto：@DPTR＠PRAMVA,0;轉(zhuǎn)結(jié)果AA#FSPAACALL TABLE ;轉(zhuǎn)為顯碼MOVDPTR，0CFE8H；8279數(shù)據(jù)口地址MOVXHYPERLINKmailto:@DPTR@DPR,A；送碼輸出MV A,0 ；轉(zhuǎn)結(jié)果AL A#FHACALL TABLE ;轉(zhuǎn)為顯碼MOV DPTR,0CFE8H ;8279數(shù)據(jù)口地址MOVX HYPERLINKmailto:＠DPTR@DPR，A ；送碼輸出CLL DLLMP SADLY: MV R，25 DL： MV R,2DL： NPNPDZR,EDZR,ERTTBE： IC AMC HYPERLINKmailto：＠A+PCA＠+CRTDB 3，6，B,H6H6HD，7HDB 7,F,7,H3H5H9，1HE（3)總程序SGAT40PORTEQU0CFB8H；端口地址WME1JP SASG T43START：MOV R3,＃1H ；設(shè)置擬輸出通道個(gè)數(shù)為1，PWM調(diào)速程序分MOVDPTR，＃PORT 啟動(dòng)通道IN0，端口地址送DPTROXHYPERLINKmailto：@DPTRDT，A ；動(dòng)AD轉(zhuǎn)換MOVR0,＃30H ；軟件時(shí)，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束LOOP1:DJNZR0，LOOP1 R0寄存器減1，不為零則轉(zhuǎn)移MOVXHYPERLINKmailto：@DPTRA，@DPTR 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果SWAP A ；高低字節(jié)交換ANL A,#0FH 屏蔽高四位，取低四位CJNE A，＃0H，LP 比較電壓是否為0V，相等則跳轉(zhuǎn)至子程序LPJMP LP2 等于0V則轉(zhuǎn)至方波輸出子程序LP2LP： CJNE A，＃0FH,LP1 不等于5V跳轉(zhuǎn)至子程序LP1JMP LP2 等于5V則轉(zhuǎn)至方波輸出子程序LP2LP1： MOV R0,A 轉(zhuǎn)換值存入R0MOV R4,A 轉(zhuǎn)換值存入R4MOV A,＃0FH 最大值送入累加器CLR C 進(jìn)位位清零UB AR0OV R,ALP2: CPL PWM PWM求反為0,方波輸子程序OV AR4OV R，AAL DLY PL PM WMP0OV AR5OV R，AAL DLDJNZ R3，LP2 R3減1,不于零則轉(zhuǎn)移，循環(huán)MOV R3，＃1H 重新置值MP SAT 至SAT程序START1:MOV DPTR,＃0CFB8H 顯示部分程序MV PRPRTMX HYPERLINKmailto:@DPTRDTWAIT： JNB P1。0WAIT 等待中斷MX ，HYPERLINKmailto:＠DPTR＠TRMV 0，ADISP： MOV A,R1 ；轉(zhuǎn)結(jié)果存入R1SWAP A 分離高四位和低四位AL A#FHMV 5，A ;入H中MV AAL A0HMV 5,A 入5H中MX HYPERLINKmailto:＠DPTR＠PRALP：MVMVMXMOVMVDT，0FHA＃0HHYPERLINKmailto:＠DPTR@PRAR0，50HR#2H;寫示RM命字；存放換結(jié)果地址,初值送R0MOVDPTR,0CFE8H;8279數(shù)據(jù)口地址L:MVACALLHYPERLINKmailto:@R0A@0TABLE;絕對(duì)調(diào)，轉(zhuǎn)換為顯碼MOVXIDJNZSMPCLLLMPHYPERLINKmailto:＠DPTR@DPTR，AR2,DL0D1DLYSA；送碼輸出；短轉(zhuǎn)移DELAY: MOV R6,＃8FH ；延時(shí)程序DLY:NPDNZ6DA1DZR,EAYDL:MVR，1DL:MVR，2DL：NPNPDZR,EDZR，ECPSAT ;RI0： SETB TR1；開定時(shí)器1 ；中斷程序STB E1RETI ；斷返回I1：CRT0CRT1MVAT0MVT0#；置零MVT0#MVT1,CH ；重初值MVT1,BHMVR，AACALLDISP；調(diào)用顯示函數(shù)AALCMRERTITBE：ICAMC HYPERLINKmailto:@A+PCA＠+CRTDB 3，6,B，H6H6HD,7HDB 7，F(xiàn),7，H3H5H9,1HE調(diào)試說明1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)電位器旋到最小電壓輸出時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),LED模塊顯示為“00;逐步增大電位器的電壓輸出，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速逐步加快,LED顯示增大；當(dāng)電位器旋到最大電壓輸出時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速最大，LED顯為“FF。2。列舉問題LED顯示00逐漸增“FF過中顯示正常但是過一段時(shí)間后顯示變“00，并不再改變。3.原因分析經(jīng)分析為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出計(jì)數(shù)器記錄的是方波脈沖在“00增大“FF過程是可以正常計(jì)數(shù),但當(dāng)計(jì)數(shù)超過“FF”時(shí)，計(jì)數(shù)器發(fā)生溢出，所以顯示變成“00?？梢酝ㄟ^添加中斷程序當(dāng)計(jì)數(shù)器發(fā)生溢出時(shí)CPU響中斷并將計(jì)數(shù)器清零重新計(jì)數(shù)可以解決此問題.I0:SETBTR1;開定時(shí)器1STBE1RETI ；斷返回I1：CRT0CRT1MVAT0MVT0#；置零MVT0#MVT1，CH ；重初值MVT1，BHMVR,AACALLDISP；調(diào)用顯示函數(shù)AALCMRERTIE4.實(shí)驗(yàn)總結(jié)（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)功能本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了通過調(diào)節(jié)電位器的不同電壓輸出來改變直流調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速當(dāng)電位器輸出最小時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速最慢電位器輸出最大時(shí)電機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速并且電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過LED模顯示出來可以通過觀察來發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的情況因此本實(shí)驗(yàn)即達(dá)到了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，又實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。（2）實(shí)驗(yàn)足及改正意見本實(shí)驗(yàn)雖然實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)調(diào)速和LED動(dòng)態(tài)顯示但LED顯的數(shù)值是經(jīng)過延時(shí)后輸出的并不是電機(jī)現(xiàn)在轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)精確值不過就現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件來看已經(jīng)是所能達(dá)到的最準(zhǔn)確的。另外此試驗(yàn)只利用了單片機(jī)的某一些端口并且也是一些不很復(fù)雜的輸出和輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能并未充分利用單片機(jī)的片內(nèi)資源就這一點(diǎn)來看由本實(shí)驗(yàn)出發(fā)單片機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的功能還有待進(jìn)一步在后續(xù)的試驗(yàn)中繼續(xù)開發(fā)。實(shí)驗(yàn)編程使用的是匯編語言具有編寫的程序效率高占用的存儲(chǔ)空間小運(yùn)行速度快，能直接管理和控制硬件設(shè)備直接訪問存儲(chǔ)器及I/O接口電等優(yōu)點(diǎn)但其可讀性和可維護(hù)性較差編寫程序需要對(duì)硬件電路及存儲(chǔ)器特別了解是設(shè)計(jì)程序時(shí)不能把精力全部集中到程序所能實(shí)現(xiàn)的功能上如果程序很長(zhǎng)的話無論是讀懂還是修改都是一件很麻煩的事因此建議適當(dāng)學(xué)習(xí)高級(jí)語言如C語言的單片機(jī)程序編寫可以減