基于单片机的PWM发生器课程设计.doc
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目录 第1章 设计内容 2 1.1设计内容 2 第2章 系统整体方案论证 3 2.1系统整体方案论证 3 第3章 硬件电路设计 4 3.1 最小系统设计 4 3.2 H桥驱动电路 4 3.3按键部分 7 第4章 系统调试 9 4.1系统调试 9 附录一 系统硬件原理图 10 附录二 源程序代码 11 第1章 设计内容 1.1设计内容 设计的转速控制系统完成以下功能: 基本功能: 按键控制电机起停。 PWM转速开环环控制。 扩展功能: 实现与PC机的通讯:将转速的设定值和实测值发送到PC机显示,PC机可以设定速 度,发送到单片机 第2章 系统整体方案论证 2.1系统整体方案论证 方案一:采用专用PWM集成芯片、IR2110 功率驱动芯片构成整个系统的核心,现在市场上已经有很多种型号,如Tl公司的TL494芯 片,东芝公司的ZSK313I芯片等。这些芯片除了有PWM信号发生功能外,还有"死区"调节 功能、过流过压保护功能等。这种专用PWM集成芯片可以减轻单片机的负担,工作更可靠 ,但其价格相对较高,难于控制工业成本不宜采用。 方案二:采用MC51单片机、功率集成电路芯片L298构成直流调速装置。L298是双H高 电压大电流功率集成电路,直接采用TTL逻辑电平控制,可用来驱动继电器、线圈、直流 电动机、步进电动机等电感性负载。其驱动电压为46V,直流电流总和为4A。该方案总体 上是具有可行性,但是L298的驱动电压和电流较小,不利于工业生产应用,无法满足工 业生产实践中大电压、大电流的直流电机调速。 方案三:采用MC51单片机、H桥驱动电路构成整个系统的核心实现对直流电机的调速 。MC51具有两个定时器T0和T1。通过控制定时器初值T0和T1,从而可以实现从任意端口 输出不同占空比的脉冲波形。MC51控制简单,价格廉价,且利用MC51构成单片机最小应 用系统,可缩小系统体积,提高系统可靠性,降低系统成本。 综合上述三种方案,本设计采用方案三作为整个系统的设计思路。 第3章 硬件电路设计 3.1 最小系统设计 本次设计中的最小系统模块中包括CPU、复位电路和晶振,其最小系统原理图如 图3-1所示。 图3-1 最小系统原理图 3.2 H桥驱动电路 图3- 2中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于"H桥驱动电路"是因为它的形状酷 似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿,而电机就是H中的横杠(注意:图3- 2及随后的两个图都只是示意图,而不是完整的电路图,其中三极管的驱动电路没有画出 来)。 如图所示,H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转,必须导通对 角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况,电流可能会从左至右或从右至左 流过电机,从而控制电机的转向。 图3-2 H桥驱动电路 要使电机运转,必须使对角线上的一对三极管导通。例如,如图3- 3所示,当Q1管和Q4管导通时,电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机,然后再经Q4回 到电源负极。按图中电流箭头所示,该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1 和Q4导通时,电流将从左至右流过电机,从而驱动电机按特定方向转动(电机周围的箭 头指示为顺时针方向)。 图3-3 H桥电路驱动电机顺时针转动 图3- 4所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况,电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导 通时,电流将从右至左流过电机,从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示 为逆时针方向)。 图3-4 H桥驱动电机逆时针转动 驱动电机时,保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同 时导通,那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时,电路中除了三极管 外没有其他任何负载,因此电路上的电流就可能达到最大值(该电流仅受电源性能限制 ),甚至烧坏三极管。基于上述原因,在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制 三极管的开关。 图3-5 所示就是基于这种考虑的改进电路,它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门 。4个与门同一个"使能"导通信号相接,这样,用这一个信号就能控制整个电路的开关。 而2个非门通过提供一种方向输人,可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极 管能导通。(与本节前面的示意图一样,图3- 5所示也不是一个完整的电路图,特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。 ) 图3-5 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路 采用以上方法,电机的运转就只需要用三个信号控制:两个方向信号和一个使能信号。 如果DIR-L信号为0,DIR-R信号为1,并且使能信号是1,那么三极管Q1和Q4导通,电流 从左至右流经电机(如图3-6所示) 图3-6具有使能控制和方向逻辑的H桥电路 实际使用的时候,用分立元件制作H桥是很麻烦的,好在现在
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