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基于-单片机AT89c51直流电机调速控制系统.doc
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2022-11-30
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基于-单片机AT89c51直流电机调速控制系统.doc
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第一章: 前言
1.1 前言:
直流电机的定义:将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械
能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
近年来,随着科技的进步,直流电机得到了越来越广泛的应用,
直流具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速围广,过载能力强,
能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速起动、制动和反转,
需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求,从而对直流电机
提出了较高的要求,改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已
远远不能满足现代科技的要求,这是通过 PWM 方式控制直流电机调
速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷:模拟电路容易随时间飘
移,会产生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。而用 PWM 技
术后,防止上述的缺点,实现了数字式控制模拟信号,可以大幅度减
低本钱和功耗。并且 PWM 调速系统开关频率较高,仅靠电枢电感的
滤波作用就可以获得平滑的直流电流,低速特性好;同时,开关频率
高,快响应特性好,动态抗干扰能力强,可获很宽的频带;开关元件
只需工作在开关状态,主电路损耗小,装置的效率高,具有节约空间、
经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的开展,在很多场合,都要求有直流
电机 PWM 调速系统来进展调速,诸如汽车行业中的各种风扇、刮水
器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗
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帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰
艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
1.2 本设计任务:
任务: 单片机为控制核心的直流电机 PWM 调速控制系统
设计的主要容以及技术参数:
功能主要包括:
1) 直流电机的正转;
2) 直流电机的反转;
3) 直流电机的加速;
4) 直流电机的减速;
5) 直流电机的转速在数码管上显示;
6) 直流电机的启动;
7) 直流电机的停顿;
第二章:总体设计方案
总体设计方案的硬件局部详细框图如图一所示。
数码管显示
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键盘向单片机输入相应控制指令,由单片机通过 P1.0 与 P1.1 其中
一口输出与转速相应的 PWM 脉冲,另一口输出低电平,经过信号放
大、光耦传递,驱动 H 型桥式电动机控制电路,实现电动机转向与
转速的控制。电动机的运转状态通过数码管显示出来。电动机所处速
度级以速度档级数显示。正转时最高位显示“三〞 ,其它三位为电
机转速;反转时最高位显示“F〞,其它三位为电机转速。每次电动
机启动后开场显示,停顿时数码管显示出“0000〞。
1、系统的硬件电路设计与分析
电动机 PWM 驱动模块的电路设计与实现具体电路见下列图。
本电路采用的是基于 PWM 原理的 H 型桥式驱动电路。
PWM 电路由复合体管组成 H 型桥式电路构成,四局部晶体管
以对角组合分为两组:根据两个输入端的上下电平决定晶体管的
导通和截止。4 个二极管在电路中起防止晶体管产生反向电压的
保护作用,防止电动机两端的电流和晶体管上的电流过大的保护
作用。
在实验中的控制系统电压统一为 5v 电源,因此假设复合管基
极由控制系统直接控制,那么控制电压最高为 5V,再加上三极管
本身压降,加到电动机两端的电压就只有 4V 左右,严重减弱了电
动机的驱动力。基于上述考虑,我们运用了 TLP521-2 光耦集成块,
将控制局部与电动机的驱动局部隔离开来。输入端各通过一个三
单片机
PWM 电机驱动
按键控制
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极管增大光耦的驱动电流;电动机驱动局部通过外接 12V 电源驱
动。这样不仅增加了各系统模块之间的隔离度,也使驱动电流得
到了大大的增强。
在电动机驱动信号方面,我们采用了占空比可调的周期矩形
信号控制。脉冲频率对电动机转速有影响,脉冲频率高连续性好,
但带带负载能力差脉冲频率低那么反之。经实验发现,当电动机
转动平稳,但加负载后,速度下降明显,低速时甚至会停转;脉
冲频率在 10Hz 以下,电动机转动有明显跳动现象。而具体采用的
频率可根据个别电动机性能在此围调节。通过 P10 输入高电平信
号,P11 输入低电平,电机正转;通过 P10 输入低电平信号,P11
输入高电平,电机反转;P10、P11 同时为高电平或低电平时,电
机不转。通过对信号占空比的调整来对电机转速进展调节。
2、系统的软件设计
本系统编程局部工作采用 KELI-C51 语言完成,采用模块化
的设计方法,与各子程序做为实现各局部功能和过程的入口,完
成键盘输入、按键识别和功能、PWM 脉宽控制和数码管显示等局
部的设计。
单片机资源分配如下表:
P0
显示模块接口
P1
键盘模块接口
键盘中断
P1.0/P1.1
PWM 电 机 驱 动
接口
系统时钟
①PWM 脉宽控制:本设计中采用软件延时方式对脉冲宽度进展控
制,延时程序函数如下:
/*****************延时函数*************************/
delays()
{
uchar i;
for(i=5000;i>0;i--);
}
②键盘中断处理子程序:采用中断方式,按下键,完成延时去抖
动、键码识别、按键功能执行。
要实现按住加/减速键不放时恒加或恒减速直到放开停顿,就需在
判断是否松开该按键时,每进展一次增加/减少一定的占空比。
③显示子程序:利用数组方式定义显示缓存区,缓存区有 8 位,
分别存放各个数码管要显示的值。
④定时中断处理程序:采用定时方式 1,因为单片机使用 12M 晶
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