基于单片机的直流电机控制器的设计.doc

1、课程设计(论文)题 目 名 称 直流电机控制器的设计 课 程 名 称 单片机原理及应用 学 生 姓 名 学 号 系 、 专 业 指 导 教 师 2013 年 6 月 24 日摘要在工业生产中，大量采用电动机作为原动机去拖动各种生产机械。这些生产机械要求在不同工作情况下以不同的速度工作，这就要求采用一定的方法改变生产机械的工作速度，最常用的方法是对电动机转速进行调节。改变直流电动机的电枢电压或交流电动机的定子电压，都可以在一定范围内调整它们的速度。在电压允许范围内，直流电动机的转速随着电压的升高而加快。直流电动机转动方向则是由电压的正负来控制的，电压为正则正转，电压为负则反转。利用 DAC083

2、2 编制程序输出一串脉冲，经过放大后驱动小型直流电机。改变输出脉冲的电平和持续时间，达到使电机的正转、反转、加速、减速之目的。设计中可通过 MCS-51 单片机的 P1口读入 8 个开关状态来控制直流电机的转动，实现正转四种转速和反转四种转速。关键词：AT89C51 单片机；PWM 调速；正反转控制；仿真目录第一章 系统设计概述 .11.1 设计思路 .11.2 基本原理 .11.3 芯片简介 .11.4 总体设计 .3第二章 直流电机单元电路设计与分析 .52.1 直流电机驱动模块 .52.2 直流电机的中断键盘控制模块 .52.3 数码管显示模块 .6第三章 直流电机 PWM 控制系统的实

3、现 .83.1 总电路图 .83.2 总电路功能介绍 .8第四章 系统仿真 .9心得体会 .12致谢 .13参考文献 .14附录 .150第一章 系统设计概述1.1 设计思路本文设计的直流 PWM 调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR 为开关器件、H 桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM 调制部分是在单片机开发平台之上，运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制 H 电路中的 GTR 通断时间，以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性，使整个 PWM 脉冲的产生过程得到了大大的简化。设计以 AT89C51 单片机为核心，以键盘

4、作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。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。本文介绍了直流电机的工作原理和数学模型、脉宽调制控制原理和 H 桥电路基本原理设计了驱动电路的总体结构，根据模型，利用 PROTEUS 软件对各个子电路及整体电路进行了仿真，确保设计的电路能够满足性能指标要求，并给出了仿真结果。1.2 基本原理主体电路：即直流电机 PWM 控制模块。PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。这部分电路主要由 80C51 单片机的

5、I/O 端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小和了解电机的转向，能够很方便的实现电机的智能控制。其间是通过 80C51 单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到 L298驱动芯片来控制直流电机工作的。1.3 芯片简介1.3.1 AT89C51 单片机AT89C51 是由 CPU，片内振荡器和时钟电路，并行 I/O 口，串行接口，存储器，定时器/计数器，中断控制系统，两个中断优先级等构成。 1XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P

6、0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 3P0.7/AD7 32P1.01 P1.12 P1.23P1.34 P1.45 P1.56P1.67 P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T1 15P2.7/A15 28P2.0/A8 21P2.1/A9 2P2.2/A10 23P2.3/A1 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27U4AT89C51图 1.1 89C51 单片机引脚

7、分布图1.3.2 RESPACK-8 排阻RESPACK-8 是带公共端的 8 电阻排，它一般是接在 51 单片机的 P0 口，因为 P0 口内部没有上拉电阻，不能输出高电平，所以要接上拉电阻。23456789 1RP1RESPACK-8图 1.2 RESPACK-8 引脚分布图1.3.3 驱动器 L298 L298 是双电源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。其驱动电压可达46V，直流电流总和可达 4A，其内部具有两个完全相同的功率放大回来。2IN15 IN27ENA6OUT1 2OUT2 3ENB1 OUT3 13

8、OUT4 14IN310 IN412SENSA1 SENSB15 GND8VS4VC9 U3L298图 1.3 L298 引脚分布图1.4 总体设计1.4.1 方案设计直流电机 PWM 调速系统以 AT89C51 单片机为核心，由命令输入模块、LED 显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给直流电机驱动芯片发送 PWM 波形，H 型驱动电路完成电机正，反转控制；同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到液晶显示模块去显示，进而读取其速度。IN15IN27ENA6OUT1 2OUT2 3ENB11 OUT3 13OUT4 14IN310IN41

9、2SENSA1SENSB15 GND8VS4VCC9 U3L298D1DIODED2DIODED3DIODED4DIODE+12VC11nF+88.8图 1.4 PWM 控制电路图31.4.2 系统总体流程图系统初始化设置周期从键盘发命令送入 ITT0中定时中断给电机输入脉冲电机转动，数码管显示速度开始结束图 1.5 系统流程图4第二章 直流电机单元电路设计与分析2.1 直流电机驱动模块2.1.1 直流电机类型直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号

10、转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。2.1.2 直流电机工作原理直流电机电路模型如图 2.1 所示，磁极 N、S 间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈 abcd。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。图 2.1 直流电动机的工作原理2.2 直流电机的中断键盘控制模块图 2.2 为外部中断扩展方法，分别代表正转信号，反转信号，加速信号，减速信号，停止信号。 FANZHUANJIASUSTOPJIANSUZHENGZHUAN图 2.2 外部中断扩展电路5定 时 中 断 服 务设 置 一 定 的 周 期 0F0H将 从 键 盘 (中 断 )读 取 的 数 据 送 到 TH0中 ,从 而 设 置 脉 宽通 过 定 时 中 断 不 停 给 电 机 驱 动 芯 片 输 出 脉 冲 初 始 设 置 RETI图 2.3 定时中断服务流程图2.3 数码管显示模块2.3.1 引脚分布和接口信号说明(1)引脚分布液晶显示共有 16 个引脚，其引脚分布如图 2.4 所示。图 2.4 数码管显示模块引脚2.3.2 数码管显示电路图 2.5 数码管显示电路图6数码管显示流程图如下所示 2.6。图 2.6 数码显示流程图