基于51系列單片機的直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)設計

1、課 程 設 計設計題目：基于51系列單片機的直流電機pwm調(diào)速系統(tǒng)設計學 院：機電工程學院專 業(yè)：機械工程及自動化班 級：機自07級01班姓 名：學 號：指導老師：完成時間：2011年1月11日目 錄1 直流電動機調(diào)速概述31.1直流電機調(diào)速原理31.2直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)方式41.3 89c51單片機52 硬件電路設計52.1 pwm波形的程序?qū)崿F(xiàn)52.2直流電動機驅(qū)動62.3續(xù)流電路設計63 軟件設計73.1主程序設計73.2 數(shù)碼顯數(shù)設計83.3 功能程序設計93.4仿真圖123.5 仿真結果分析13心得體會14參考文獻15 1 直流電動機調(diào)速概述1.1直流電機調(diào)速原理直流電動機根據(jù)勵磁方式

2、不同，直流電動機分為自勵和他勵兩種類型。不同勵磁方式的直流電動機機械特性曲線有所不同。但是對于直流電動機的轉(zhuǎn)速有以下公式： n=u/cc-tr內(nèi)/crcc 其中：u電壓；勵磁繞組本身的電阻；每極磁通(wb)；cc電勢常數(shù)；cr轉(zhuǎn)矩常量。由上式可知，直流電機的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場控制法。磁場控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時受到磁極飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結構強度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應較差。所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的方法是電樞控制法。圖1-1 直流電機的工作原理圖電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機的電樞上，以控

3、制電機的轉(zhuǎn)速。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制(pwm)應用更為廣泛。脈寬調(diào)速利用一個固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，即改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，因此，pwm又被稱為“開關驅(qū)動裝置”。 圖1-2電樞電壓占空比和平均電壓的關系圖根據(jù)上圖，如果電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為，占空比為d=/t，則電機的平均速度為：，可見只要改變占空比d，就可以得到不同的電機速度，從而達到調(diào)速的目的。1.2直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)方式pwm為主控電路的調(diào)速系統(tǒng)：基于單片機類由軟件來實現(xiàn)pwm，在pwm調(diào)速系統(tǒng)中占空比d

4、是一個重要參數(shù)在電源電壓不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比d的大小，改變d的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達到調(diào)速的目的。改變占空比d的值有三種方法： a、定寬調(diào)頻法：保持不變，只改變t，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。（圖1-2）b、調(diào)寬調(diào)頻法：保持t不變，只改變，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。（圖1-2）c、定頻調(diào)寬法：保持周期t(或頻率)不變，同時改變和t。（圖1-2）前兩種方法在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期(或頻率)，當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來改變占空 比從而改變直流電動機電樞兩端電壓。1.3 89c51單片機圖 1-3 8

5、9c51單片機2 硬件電路設計2.1 pwm波形的程序?qū)崿F(xiàn) 隨計算機技術及電力電子技術的發(fā)展，pwm波形采用軟件方法實現(xiàn)顯得非常靈活和實用以89c51單片機為控制核心,晶振頻率為12mhz定 時計數(shù)器to,t1作定時器使用，工作在方式1，定時時間為0.1ms，若pwm波形的頻率為50 hz ，占空比為1：1，則和 r0載入30h和31h單元的值初始100,若在程序中利用按鍵產(chǎn)生中斷調(diào)用來改變30h和31h單元的值就可以改變占空比.系統(tǒng)流程圖如圖2-1所示 ： 圖 2-1 程序流程圖 2.2直流電動機驅(qū)動在直流電動機的驅(qū)動中對大功率的電動機常采用igbt作為主開關元件,對中小功率的電機常采用功率

6、場效應管作為主開關元件.另外還可以采用集成電路來完成對電機的驅(qū)動，系統(tǒng)采用集成電路l298來驅(qū)動電機圖2-2 l298內(nèi)部結構和功能引腳圖l298是雙h高電壓大電流功率集成電路.直接采用 l邏輯電平控制,可以驅(qū)動繼電器、直流電動機 、步進電動機等電感性負載。其內(nèi)部有兩個完全相同的功率放大回路。其內(nèi)部結構和引腳功能如圖 2-2所示。l298 引腳符號及功能sensa、sensb：分別為兩個h橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地ena 、enb：使能端，輸入pwm信號 in1、in2、in3、in4：輸入端，ttl邏輯電平信號out1、out2、out3、out4：輸出端，與對應輸入端同邏輯vcc：

7、邏輯控制電源，4.57v gnd:地vss：電機驅(qū)動電源，最小值需比輸入的低電平電壓高當使能端為高電平時，輸入端in1為pwm信號,in2為低電平信號時,電機正轉(zhuǎn)；輸入端in1為低電平信號，in2為pwm信號時,電機反轉(zhuǎn);in1與in2相 同時,電機快速停止。當使能端為低電平時,電動機停止轉(zhuǎn)動。2.3續(xù)流電路設計由于電機具有較大的感性，電流不能突變，若突然將電流切斷，將在功率管兩端產(chǎn)生很高的電壓，損壞器件。我們在此電路中應用的是二極管來續(xù)流，利用二極管的單向?qū)ㄐ浴６O管的選用要根據(jù)pwm的頻率和電機的電流來決定，二極管要有足夠迅速的恢復時間和足夠的電流承受能力。 由于電機具有較大的感性，電流

8、如果突變易損壞功率胳即l298芯片。為保護芯片加上洗續(xù)流電路。電路的工作原理替如圖3.7所示。電路的工作原理：當電機正轉(zhuǎn)時 ，若突然掉電，d1、d4導通，d2、d3截止；當電機反轉(zhuǎn)時，突然掉電d2、d3導通，d1、d4截止。圖2-3 續(xù)流電路工作原理圖3 軟件設計3.1主程序設計 該主程序主要完成初始化，設置定時常數(shù)和中斷入口程序，主程序不斷的循環(huán)處于等待中斷狀態(tài).org 0000h ajmp start org 0003h ljmp int0； t0中斷 org 000bh ljmp itt0； t1中斷 org 0030h ；系統(tǒng)初始化start: mov sp,#60h ；賦初值 堆棧指

9、針 mov r0,#00h ；給r0送值0 mov r1,#00h ；給r1送值0clr p1.5 ；置0 clr p1.6 ；置0 clr p1.7 ；置0 mov tmod,#01h ；寫控制字 控制方式 mov tl0,#0ffh ；置定時常數(shù) mov th0,#0ffh setb ea ；允許中斷 setb ex0 ；允許外部中斷0 setb et0 ；允許tl0中斷 clr it0 setb tr0 ；啟動tl0 圖3-1主流程圖3.2 數(shù)碼顯數(shù)設計 通過p1.1，p1.2口來控制數(shù)碼，顯示通過查表和調(diào)用延時實現(xiàn)數(shù)的顯示程序代碼：mov dptr,#tab mov 40h,#0 ；置

10、0 mov 41h,#0 ；置0led: setb p1.1 ；p1.1置1 clr p1.2 ；p1.2清0 mov a,40h ；將40h的內(nèi)容送往a movc a,a+dptr ；查表 mov p0,a ；查表所得a值送往p0口 lcall tts ；調(diào)用延時 clr p1.1 ；p1.1清0 setb p1.2 ； p1.2置1 mov a,41h ；將41h的內(nèi)容送往a movc a,a+dptr ；查表 mov p0,a ；查表所得a值送往p0口 lcall tts ；調(diào)用延時 clr p1.2 ；p1.2口清0 ljmp led ；跳轉(zhuǎn)到led org 2000htab: db

11、40h,79h,24h,30h,19h db 12h,02h,78h,00h,10h3.3 功能程序設計 結束中斷后轉(zhuǎn)入相應的功能鍵程序，為加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、暫停程序代碼：itt0: cpl p1.5 ；p1.5口取反 jnb p1.5,z1mov a,#0ffh ；低電平定時 subb a,r0 mov th0,a setb tr0 ；啟動tl0 retiz1:mov th0,r0 ；高電平定時 setb tr0 retiint0:clr ex0 ；實現(xiàn)鍵盤控制 mov a,#0ffh mov p2,a mov a,p2jnb acc.0,jia jnb acc.1,jian jnb

12、acc.2,ff圖3-2 數(shù)碼顯示流程圖 圖3-3中斷子程序流程圖 jnb acc.3,zz jnb acc.4,tz ajmp ccjia: cjne r0,#0ffh,aa ；實現(xiàn)電機加速 ajmp ccaa: mov a,r0 add a,#25 mov r0,a ajmp ccjian: cjne r0,#00,bb ；實現(xiàn)電機減速 ajmp ccbb: mov a,r0 subb a,#25 mov r0,a ajmp cccc: mov a,r0 ；數(shù)碼顯數(shù) mov b,#25 div ab mov b,#10 div ab mov 40h,a mov 41h,b setb ex0

13、 lcall tts ；調(diào)用延時 lcall tts ；調(diào)用延時 lcall tts ；調(diào)用延時 lcall tts ；調(diào)用延時 retiff: setb p1.6 ；電機反傳 clr p1.7 lcall tts lcall tts lcall tts setb ex0 retizz:clr p1.6 ；電機正轉(zhuǎn) setb p1.7 lcall tts lcall tts lcall tts setb ex0 retitz: clr p1.6 ；實現(xiàn)電機停止 clr p1.7 lcall tts lcall tts lcall tts setb ex0 retitts: mov r3,#0e

14、0h ；延時子程序tt1s: mov r4,#40htt0s: djnz r4,tt0s djnz r3,tt1s ret end3.4仿真圖 在該設計中，利用proteus軟件進行仿真。仿真結果如圖3-4所示:圖3-4仿真圖相應電機的顯示如圖3-5所示 圖3-5仿真結果3.5 仿真結果分析當仿真開始運行時，各個模塊處于初始狀態(tài)。點擊右邊的獨立鍵盤加速或是減速按鈕。顯示模塊便開始顯示數(shù)字，然后點擊正傳或是反轉(zhuǎn)。電機的驅(qū)動模塊能夠?qū)崿F(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。且改變pwm脈沖時的占空比電機的工作電壓改變。因此，從仿真結果可以看出，本設計可以得到預期的仿真效果。 心得體會通過本次課

15、程設計，使我學到了許多書本上無法學到的知識,也使我深刻體會到單片機技術應用領域的廣泛。不僅讓我對學過的單片機知識有了很多的鞏固，同時也對單片機這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。在本次課程設計過程中，我學會了在網(wǎng)絡上查找有關本設計的各硬件的資源，其中包括：直流電機pwm調(diào)速、at89c51單片機、l289引腳圖及其引腳功能等，為本次課程設計提供了一定的資料。在做課程設計的初期階段，難度很大，沒有頭緒。通過求助于張老師、理清了思路。同時，在圖書館里、網(wǎng)上查閱資料，攻克了課程設計中的道道難題。最后經(jīng)過指導老師張老師的耐心指點和連續(xù)的奮戰(zhàn)才算基本合格。辦事只要有了頭緒，就會簡單很多。本次設計我能獨立完成，算

16、是有了很大的收獲。總的感受有以下幾方面：1、通過本次設計，我不但對單片機有了更為深入的了解，對一個課題如何畫流程圖，編程序等有了一定的認識。2、進一步加強了我的動手能力和運用專業(yè)知識的能力，從中學習到如何去思考和解決問題，以及如何靈活地改變方法去實現(xiàn)設計方案。特別是深刻體會到了軟件和硬件結合的重要性，以及兩者的聯(lián)系和配合作用。3、讓我了解到單片機技術對當今人們生活的重要性。同時這次做課程設計的經(jīng)歷也使我受益匪淺，讓我知道做任何事情都應腳踏實地，刻苦努力地去做，只有這樣，才能做好。參考文獻1 李朝青，單片機原理及接口技術（簡明修訂版）m，北京航空航天大學出版社，19982 李廣弟，單片機基礎m，北京航空航天大學出版社，19943 閻 石，數(shù)字電子技術基礎（第三版）m，高等教育出版社，19894 廖常初，現(xiàn)場總線概述j，電工技術，19995 于永學、葛建，1-