單片機實現(xiàn)直流電機測速和正反轉(zhuǎn)

1、西南科技大學(xué)自動化專業(yè)方向設(shè)計報告設(shè)計名稱： 直流電機數(shù)控器設(shè)計與制作 姓 名： 汪少華 學(xué) 號: 20105191 班 級： 電氣1002 指導(dǎo)教師： 聶詩良 起止日期： 2013.10.19-2013.11.9 西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院制方 向 設(shè) 計 任 務(wù) 書學(xué)生班級： 電氣1002班 學(xué)生姓名： 汪少華 學(xué)號： 20105191 設(shè)計名稱： 直流電機數(shù)控器設(shè)計與制作 起止日期： 2013.10.19-2013.11.9 指導(dǎo)教師： 聶詩良 設(shè)計要求：要求采用單片機、LM298等器件設(shè)計制作一個可進行直流電機正反轉(zhuǎn)和加減調(diào)速控制的電路板，電機實際轉(zhuǎn)速可在LED或LCD上顯示。 方 向

2、設(shè) 計 學(xué) 生 日 志時間設(shè)計內(nèi)容10.19至10.22查閱，積累相關(guān)課題資料；了解單片機運行方式；了解LM298引腳功能10.23至10.24根據(jù)資料羅列課題方案，論證方案可行性，決定方案10.25至10.26利用Altiumdesigner軟件繪制課題原理圖10.27至10.28利用Altiumdesigner軟件繪制課題PCB版圖10.29至10.30編寫單片機程序并購買所需材料10.31至11.3根據(jù)PCB版圖及其原理圖完成電路板制作11.4至11.5單片機程序測試，電路板模塊測試11.6至11.8設(shè)計報告的編寫11.9答辯直流電機數(shù)控器設(shè)計與制作摘要STC89C52RC是一個典型的，

3、內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，可通過串口下載的單片機。Lm298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。本文設(shè)計了基于Lm298芯片的直流電機驅(qū)動，用TCRT5000光電管進行轉(zhuǎn)速測量的硬件電路,用LCD顯示電機轉(zhuǎn)速。并采用STC89C52RC單片機作為控制芯片,進行直流電機正反轉(zhuǎn)和加減調(diào)速控制的直流電機數(shù)控器。本文設(shè)計的電路中主要包含4個模塊：測速模塊（光電傳感器測量電機的轉(zhuǎn)速）、電源模塊（LM7805集成穩(wěn)壓芯片）、顯示模塊（LCD液晶顯示）和控制模塊（利用PWM控制電機轉(zhuǎn)速以及LM298控制正反轉(zhuǎn)）。關(guān)鍵詞單片機 直流電機 光電管測速

4、DC motor design and production of CNCSummarySTC89C52RC is a typical, built 4KB EEPROM, MAX810 reset circuit, three 16-bit timer / counter, can be downloaded via the serial port of SCM. Lm298 is ST produces a high voltage, high current motor driver chip. This article is designed based on Lm298 chip D

5、C motor drives, optical tube with TCRT5000 speed measurement hardware circuit, the motor speed with the LCD display. And using STC89C52RC chip microcontroller as control for DC motor reversing and subtraction NC DC motor speed control device. This design of the circuit mainly includes four modules:

6、speed module (photoelectric sensor to measure the motor speed), power supply module (M7805 integrated voltage regulator chips), displays (LCD liquid crystal display) and a control module (with PWM control motor speed, and LM298 positive control inversion).CategoriesDC motor microcontroller Photoelec

7、tric tachometer一、 設(shè)計目的和意義隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的電子產(chǎn)品越來越多，在早期，電子產(chǎn)品一般是純硬件電路，沒有使用單片機，電路復(fù)雜難以設(shè)計，也難以檢查問題，隨著微控制技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，集成芯片越來越多，單片機便出來了，換言之，單片機的應(yīng)用是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的一場革命。具有劃時代的意義。在電機控制方面也是靠人的感覺，沒有側(cè)速和側(cè)距的概念，以前人機界面一般采用LED數(shù)碼二極管，隨著LCD液晶顯示器的出現(xiàn)，人機界面更加人性化、智能化，它能顯示數(shù)字、漢字和圖象，控制LCD液晶顯示器也很方便，電路設(shè)計也比較簡單；加上單片機，組合實現(xiàn)的功能也比較強大，還可方便以后電路的升級與擴

8、展。本設(shè)計結(jié)合LCD顯示、電機控速、光電管測速等多種技術(shù)，實現(xiàn)了基于單片機的電機轉(zhuǎn)速測量控制系統(tǒng)的設(shè)計，以達到對直流電機負載(與電機連結(jié)的運行裝置)運行狀況控制的目的。二、控制要求采用單片機、LM298等器件設(shè)計制作一個可進行直流電機正反轉(zhuǎn)和加減調(diào)速控制的電路板，電機實際轉(zhuǎn)速可在LED或LCD上顯示。三、設(shè)計方案論證測速模塊模擬測速：即利用測速電機作為發(fā)電機，通過檢測反電勢E的大小和極性即可得到轉(zhuǎn)速N和電機轉(zhuǎn)向；采用這種方法直接可以得到轉(zhuǎn)速N和輸出電壓的特性曲線，直觀，但也有很多不足，比如在高速和低速情況下實際輸出偏離理想特性。數(shù)字檢測技術(shù)：即通過分析數(shù)字信號產(chǎn)生的一系列脈沖間接獲取電機轉(zhuǎn)速。

9、這種方法不會受高低速的限制，通過比較所以選擇數(shù)字檢測技術(shù)。采用光電傳感器測量電機的轉(zhuǎn)速，在設(shè)計中，在電機轉(zhuǎn)軸末梢上安裝紙卡，在紙卡上留出兩個孔。電機轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，發(fā)射二極管發(fā)出的光便通過紙卡的孔到達接受二極管，就可在接受二極管上產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號。計算下1s內(nèi)輸出的脈沖信號的個數(shù)，把計數(shù)的結(jié)果取一半，就可得到電動機的轉(zhuǎn)動速度。電源模塊使用電壓源供電，可提供較穩(wěn)定，精確電源，缺點是電壓源體積太大，不利于設(shè)計的小體積要求。使用220V轉(zhuǎn)15V，再使用集成穩(wěn)壓芯片LM7805將電壓穩(wěn)定至所需，缺點是散熱不易，需加裝散熱片，體積小。顯示模塊采用數(shù)碼管動態(tài)顯示，但顯示的內(nèi)容有限，不豐富。采用LED點陣顯

10、示，但需要的I/O資源較多。 采用LCD液晶顯示，顯示內(nèi)容最豐富，只通過串口通信與單片機連接。調(diào)速模塊采用集成芯片Lm298及其外部輔助電路和電機構(gòu)成驅(qū)動電路，利用LM298的功能引腳控制電路正反轉(zhuǎn)。通過單片機的接口，利用PWM控制電機的轉(zhuǎn)速及其加減速。最終方案：采用光電傳感器測量電機的轉(zhuǎn)速，使用集成穩(wěn)壓芯LM7805將電壓穩(wěn)定至所需，LCD液晶顯示，利用PWM控制電機轉(zhuǎn)速并利用LM298控制正反轉(zhuǎn)。四、系統(tǒng)設(shè)計4.1控制系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖如圖1所示?？傁到y(tǒng)主要包括：LCD顯示、鍵盤輸入、測速模塊、PWM調(diào)速模塊和電機驅(qū)動模塊5個部分。 圖14.2系統(tǒng)硬件設(shè)計4.2.1系統(tǒng)硬件原理圖及工

11、作原理說明硬件由電源部分、單片機最小系統(tǒng)、液晶顯示、獨立按鍵、電源指示、光電對管及PWM調(diào)速電機等模塊構(gòu)成。系統(tǒng)硬件原理圖見附件原理圖。4.2.2單元電路設(shè)計原理。（1）電源模塊設(shè)計使用220V轉(zhuǎn)15V，再使用集成穩(wěn)壓芯片LM7805將電壓穩(wěn)定至所需。電源原理圖見圖2圖2（2）單片機核心控制模塊系統(tǒng)采用單片機STC89C52RD為中心控制器件，顯示部分采用液晶顯示屏顯示?？刂葡到y(tǒng)采用5V電源供電，外接11.0592MHz晶振。單片機核心控制模塊主要實驗一下功能：1、控制電機的運行；2、控制測速模塊測量電機的速度；3、控制液晶顯示器顯示電機的設(shè)定轉(zhuǎn)速及當前轉(zhuǎn)速。單片機電路設(shè)計原理圖如圖3. 圖3

12、（3）PWM調(diào)速及正反轉(zhuǎn)模塊本設(shè)計采用集成芯片Lm298及其外部輔助電路和電機構(gòu)成驅(qū)動電路。Lm298是 SGS 公司的產(chǎn)品, 其內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路, 即內(nèi)含二個H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器, 接收標準TTL 邏輯電平信號, 可驅(qū)動 46V、2A以下的電機。由 Lm298構(gòu)成的通過單片機的接口，利用PWM控制電機的轉(zhuǎn)速及其加減速。通過按鍵P2.4、P2.5分別控制電機的加速減速。電路原理圖如圖4。圖4（4 ）測速模塊 采用光電傳感器測量電機的轉(zhuǎn)速，在設(shè)計中，在電機轉(zhuǎn)軸末梢上安裝紙卡，在紙卡上留出兩個孔。電機轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，發(fā)射二極管發(fā)出的光便通過紙卡的孔到達接受二極管，就可在接

13、受二極管上產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號。計算下1s內(nèi)輸出的脈沖信號的個數(shù)，把計數(shù)的結(jié)果取一半，就可得到電動機的轉(zhuǎn)動速度。為提高精度，將輸出信號經(jīng)LM324整流后送入單片機T1口。測速原理圖如圖6，實物如圖5。圖5 圖6（5）顯示模塊 采用LCD液晶顯示，顯示內(nèi)容最豐富，只通過8條數(shù)據(jù)線與單片機連接，采用了串口通信的原理。顯示原理圖如圖7,實物圖如圖8。圖7圖84.2.3硬件PCB圖圖94.3軟件各功能的流程圖4.3.1定時計數(shù)模塊是輸出T1值否計時是否結(jié)束T1計數(shù)+1是否是否有脈沖信號T0計數(shù)開始4.3.2PWM調(diào)速模塊4.4主程序及注解#include#include #include 1602.hs

14、bit KEY_CTRl=P27;sbit KEY_UP=P26;sbit KEY_DOWN=P25;sbit KEY_REVERSE=p24;sbit IN1=P10;sbit IN2=P11;sbit IN3=P12;sbit IN4=P13;sbit ENA=P14;sbit ENB=P15;unsigned char temp16;unsigned char SwitchZT,LEVEL,SPEED,REVERSE,ENA,SPEED_COUNT;/*-系統(tǒng)延時-*/void Delay(unsigned int z)unsigned int x,y;for(x=0;xz;x+)for

15、(y=0;y=0&LEVEL0&LEVEL=20) s_count=0; SPEED=SPEED_COUNT; SPEED_COUNT=0; /*-PWM速度調(diào)制 -*/void PWM() interrupt 1static unsigned char PWM_switch=0,PWM_COUNT;switch(PWM_switch)case 0: if(LEVEL=100) PWM_switch=2; else if(LEVEL=0) PWM_switch=3;else PWM_COUNT=LEVEL;IN1=REVERSE&1;IN2=(REVERSE)&1;PWM_switch=1;b

16、reak;case 1:PWM_COUNT-;if(PWM_COUNT=0) IN1=0; IN2=0; PWM_switch=0; break;case 2: IN1=REVERSE&1;IN2=(REVERSE)&1;if(LEVEL!=100) PWM_switch=0;break;case 3:IN1=0;IN2=0;if(LEVEL!=0) PWM_switch=0;break; TH0 = (65536-10000) /256; TL0 = (65536-10000) %256; /*-狀態(tài)機-*/void Main_Fun(void)static unsigned char Sw

17、itchZT=0;switch(SwitchZT)case 0:DATA=CHECK_SPPED();SwitchZT=1;break;case 1:Show();SwitchZT=0;break;void main()EVE_Init();LCD_Init();while(1)Main_Fun();Key_Scan();五、設(shè)計結(jié)果及分析5.1調(diào)試過程本作品的主要由PWM調(diào)速電機模塊、電源模塊、顯示模塊、測速模塊以及單片機核心控制模塊同組成，安裝調(diào)試的過程遵循由簡到繁、由易到難的原則進行。（1） 單片機核心控制模塊的應(yīng)用于調(diào)試，將一些外部器件，例如液晶模塊安裝到實驗板上，并檢測是否可用。（2） 將電源電壓值調(diào)到+5V，檢查電路是否工作。各個器件的電壓值和是否正常。（3） 將PWM調(diào)速電機安裝到實驗板上，接通電源，檢查電機是否工作。若不能工作則繼續(xù)調(diào)試，若能正常工作則記錄數(shù)據(jù)。5.2調(diào)試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析見表1:速度設(shè)定值次數(shù)1次數(shù)2次數(shù)3次數(shù)4次數(shù)5平均值誤差速度000000000慢20212219202120.63%快60605960605959.6-0.7%表1結(jié)束語本系統(tǒng)