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基于单片机控制的直流电机系统设计.doc
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2023-07-04
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基于单片机控制的直流电机系统设计.doc
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单片机直流电机
摘 要
本设计以 AT89C51 单片机为核心,以 4*4 矩阵键盘做为输入达到控制直流电机
的启停、速度和方向,完成了基本要求和发挥部分的要求。采用 AT89C5 单片机
来控制直流电机,实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器,
达到了对步进电机的最佳控制。采用的 H-桥驱动器使直流电机在开环状态下达
到较高的变速转速,同时断电相不产生负的转矩分量,其能量被输入到电源,即将
接通的下一相中去,增大了电流容量,提高了其工作的可靠性。在设计中,采用了
PWM 技术对电机进行控制,通过对占空比的计算达到精确调速的目的。
关键词:直流电机,PWM 技术,占空比,H-桥驱动器
第 I 页
目 录
1 设计方案比较与分析..........................................................................................................1
1.1 电机调速控制模块......................................................................................................1
1.2 PWM 调速工作方式......................................................................................................1
1.3 PWM 调脉宽方式 ..........................................................................................................2
1.4 PWM 软件实现方式......................................................................................................2
2 系统分析与设计...................................................................................................................2
2.1 系统的硬件电路设计与分析 ....................................................................................3
2.2 系统的软件设计 ..........................................................................................................4
2.2.1 实验程序流程 ......................................................................................................5
2.2.2 PWM 脉宽控制 ......................................................................................................8
2.2.3 键盘中断处理子程序 .........................................................................................9
2.2.4 显示子程序...........................................................................................................9
2.2.5 定时中断处理程序 ...........................................................................................10
3 测试结果与分析.................................................................................................................11
致 谢 ...................................................................................................................................12
参考文献.................................................................................................................................13
第 0 页
1 设计方案比较与分析
1.1 电机调速控制模块
方案 1:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压,从而达到调速的目
的。但是电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主
要的问题在于一般电动机的电阻很小,但电流很大;分压不仅会降低效率,而且
实现很困难。
方案 2:采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的
速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢、
机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案 3:采用由达林顿管组成的 H 型 PWM 电路。用单片机控制达林顿管使之
工作在占空比可调的开关状态,精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子
的饱和截止模式下,效率非常高;H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的
控制;电子开关的速度很快,稳定性也极佳,是一种广泛采用的 PWM 调速技术。
兼于方案 3 调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,因此本设
计采用方案 3。
1.2 PWM 调速工作方式
方案 1:双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内,单片机两控制
口各输出一个控制信号,两信号高低电平相反,两信号的高电平时差决定电动机
的转向和转速。
方案 2:单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平,另一
端输出 PWM 信号,两口的输出切换和对 PWM 的占空比调节决定电动机的转向和转
速。
由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小,其电流的最
大波动也比双极性工作制的小,所以我们采用了单极性工作制。
1.3 PWM 调脉宽方式
调脉宽的方式有三种:定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调
宽方式,因为采用这种方式,电动机在运转时比较稳定;并且在采用单片机产生
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