直流电机调速实验报告含部分程序

### 直流电机调速实验知识点总结 #### 实验背景及目标 - **实验名称**：直流电机调速实验 - **实验目的**：通过凌阳十六位单片机控制直流电机驱动，掌握L298N驱动芯片的使用方法，并通过软件编程改变PWM波形的占空比来实现对直流电机转速的调节。该实验旨在提高学生的实践能力和为未来进行更复杂模块设计奠定基础。 #### 实验内容概述 - **主要任务**：设计并实现一套基于单片机的直流电机驱动与测速系统。 - **关键组件**： - **L298N驱动芯片**：用于控制电机的正反转以及速度。 - **凌阳十六位单片机**：负责处理逻辑控制，生成PWM信号。 - **光电测速系统**：由栅格圆盘、光电门等组成，用于测量电机转速。 - **实现功能**： - 通过改变施加在电机上的电压大小来调节电机转速。 - 测量电机的实际转速并通过外部显示器显示出来。 #### 实验原理与技术要点 - **直流电机转速控制原理**：直流电机的转速可以通过改变其两端的电压来调节。通常情况下，电压越高，电机转速越快；反之亦然。 - **PWM调速技术**：通过改变PWM信号的占空比来调整电机两端的有效电压，从而实现电机转速的调节。 - **光电测速系统工作原理**： - 当电机通过传动装置带动栅格圆盘旋转时，栅格圆盘上的栅格会周期性地遮挡或露出光电门，从而产生一系列脉冲信号。 - 单片机通过定时/计数器记录单位时间内脉冲的数量，并据此计算出电机的转速。 - **直流电机转速计算公式**： \[ n = \frac{60 \cdot m}{N_1 \cdot T \cdot N} (\text{rpm}) \] 其中： - \(n\) 表示电机转速（rpm）。 - \(N\) 表示栅格数。 - \(N_1\) 表示定时器\(T_0\)的中断次数。 - \(m\) 表示计数器\(T_1\)在规定时间内测得的脉冲数。 - \(T\) 表示定时器\(T_0\)的溢出时间。 #### 实验步骤与程序实现 - **硬件连接**：按照实验指导书中的电路图连接好所有硬件设备。 - **软件开发**： - 初始化单片机的GPIO口、定时器和中断控制器。 - 编写主循环，设置电机的初始转速。 - 设计中断服务程序，根据外部输入信号调整电机转速。 - 通过定时器控制PWM信号的频率和占空比。 - **实验过程**： - 启动计算机并运行开发软件。 - 将编写的程序下载到单片机中。 - 观察电机转速的变化，并通过显示器读取实际转速值。 #### 程序代码分析 - **程序结构**： - 主函数：初始化单片机端口、定时器等，并设置初始转速。 - 中断服务程序：根据外部输入调整PWM信号的占空比，进而改变电机转速。 - **关键代码片段**： ```c while(1) { *P_TimerA_Ctrl=0x0230; // 设置中速 *P_Watchdog_Clear=0x0001; } ``` 这段代码实现了电机的中速运行状态。 ```c voidIRQ3(void) { if(*P_INT_Ctrl&0x0100) { while(*P_IOB_Data^0x000c) // 高速 { *P_TimerA_Ctrl=0x03b0; // 调整为高速 *P_Watchdog_Clear=0x0001; } } else if(*P_INT_Ctrl&0x0200) { while(*P_IOB_Data^0x000c) // 低速 { *P_TimerA_Ctrl=0x0070; // 调整为低速 *P_Watchdog_Clear=0x0001; } } } ``` 该中断服务程序根据不同的外部输入信号调整电机的转速。 #### 总结 通过本次实验，不仅掌握了直流电机的基本控制方法，还深入了解了PWM调速原理及其应用。此外，通过实践操作加深了对光电测速系统的理解，为将来从事相关领域的研究或产品开发积累了宝贵经验。