基于ADCU842控制PWM調(diào)速電機(jī)課設(shè)報(bào)告

1、北京信息科技大學(xué)單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制PWM的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)院：儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)姓名/學(xué)號(hào)：武夢(mèng)萱2014010461馬曉歡2014010456孟子西2014010457指導(dǎo)教師：王艷林、趙雙琦、潘志康、孟浩起止時(shí)間：2017年6月19日至2017年6月23日 一、設(shè)計(jì)目的及任務(wù)要求1.1設(shè)計(jì)目的近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，直流電機(jī)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，直流具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣，過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)極快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，同時(shí)造成傳統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代科技的要求，這時(shí)

2、通過(guò)PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法就應(yīng)運(yùn)而生。采取傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下的缺陷：模擬電路容易隨時(shí)間飄移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。而用PWM技術(shù)后，避免上述的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制模擬信號(hào)，可以大幅度減低成本和功耗。并且PWM調(diào)速系統(tǒng)開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得平滑的直流電流，低速特性好；同時(shí)，開關(guān)頻率高，快響應(yīng)特性好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)，可獲很寬的頻帶；開關(guān)元件只需工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置的效率高，具有節(jié)約空間、經(jīng)濟(jì)好等特點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多場(chǎng)合，都要求有直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行調(diào)速，諸如汽車行業(yè)中的各種風(fēng)扇、刮水器、噴

3、水泵、熄火器、反視鏡、賓館中的自動(dòng)門、自動(dòng)窗簾、自動(dòng)給水系統(tǒng)、導(dǎo)彈、火炮、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、飛機(jī)、坦克、火箭、雷達(dá)、戰(zhàn)車等場(chǎng)合。1.2任務(wù)要求1、確定選題2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案確定并收集實(shí)驗(yàn)器件3、查閱相關(guān)資料，了解各模塊的引腳及其功能4、設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，畫出電路圖5、編寫程序,具有單片機(jī)的以下主要功能：按鍵操作顯示中斷延時(shí)定時(shí)器串行通信6、搭建電路7、調(diào)試并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河冒存I對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)二、設(shè)計(jì)方案2.1具體的方案流程1）完成按鍵控制、數(shù)碼管顯示的編程，實(shí)現(xiàn)按鍵控制數(shù)碼管顯示數(shù)值2）完成PWM控制部分程序編寫，通過(guò)中斷延時(shí)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)輸出3）調(diào)節(jié)延時(shí)函數(shù)的延時(shí)時(shí)間,實(shí)現(xiàn)通過(guò)按鍵

4、來(lái)控制PWM信號(hào)的占空比4）完成驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)搭建5）分析遇到的問(wèn)題并總結(jié)2.2系統(tǒng)總方案編程部分采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程；脈沖寬度調(diào)制采用ADUC842單片機(jī)進(jìn)行控制；數(shù)碼管顯示部分需要用到HD7279A芯片；驅(qū)動(dòng)部分主要采用ULN2300芯片。輸出速度的調(diào)節(jié)是通過(guò)按鍵操作；顯示調(diào)控等級(jí)部分通過(guò)數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1單片機(jī)控制PWM的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖2.3PWM調(diào)速方式PWM有單極性和雙極性兩種工作制，其中單極性工作制應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)與操作，所以我們采用了單極性工作制。單極性工作制是單片機(jī)控制口一端置低電平，另一端輸出PWM信號(hào)，兩口的輸出切換和對(duì)PWM的占空比調(diào)節(jié)決定

5、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。而改變占空比的方法有3種：（1）定寬調(diào)頻法，這種方法是保持高電平不變，只改變低電平，這樣周期也隨之改變（2）調(diào)寬調(diào)頻法，保持低電平不變，而改變高電平，這樣也使周期發(fā)生改變；（3）定頻調(diào)寬法，這種方法是使周期不變，而同時(shí)改變高電平和低電平，由于前兩種方法都改變了周期，當(dāng)控制頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，用的比較少，因此本系統(tǒng)用的是定頻調(diào)寬法。在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減小.只要按一定規(guī)律，改變通斷電時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。原理圖如圖2所示圖2脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖三、硬件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示，根據(jù)本系統(tǒng)要求通過(guò)軟件編程定義

6、按鍵的功能及數(shù)碼管顯示，因此在此不予討論。HD7279AJCLKODIG71DIG6圖3系統(tǒng)硬件框圖按鍵輸入和數(shù)碼管顯示部分，主要用HD7279A芯片，它是一片具有串行接口的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管（或64只獨(dú)立的LED）智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成顯示、鍵盤接口的全部功能，其管腳圖如圖4所示，管腳定義如表2所示。DIP/SOICNCVSSNCCSCLKDATASGSFSD圖4HD7279A管腳圖RC引腳用于連接HD7279A的外接振蕩元件RESET為復(fù)位端。該端由低電平變成咼電平并保持25ms即復(fù)位結(jié)束。通常接+5VDIG0-DIG7分別為8個(gè)LE

7、D管的位驅(qū)動(dòng)輸出端SA-SG分別為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的A段-G段的輸出端DP為小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端CS為片選信號(hào)（低電平有效）。當(dāng)微處理器訪問(wèn)HD7279A（讀鍵號(hào)或?qū)懼噶睿r(shí)，應(yīng)將片選端置為低電平DATA為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向HD7279A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DATA為輸入端；當(dāng)向HD7279A輸出鍵盤代碼時(shí)，DATA為輸出端CLK為數(shù)據(jù)串行傳送的冋步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿表示數(shù)據(jù)有效KEY為按鍵信號(hào)輸出端，在無(wú)鍵按下時(shí)為咼電平；而有鍵按下時(shí)此引腳變?yōu)榈碗娖讲⑶乙恢北３宙I釋放為之表1HD7279A管腳定義按鍵在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。本系統(tǒng)采用4*2

8、式按鍵，如表2所示。主要作用是調(diào)節(jié)給定轉(zhuǎn)速檔位，從而人工控制電機(jī)的運(yùn)行。12345678表24*2式按鍵下面對(duì)PWM控制設(shè)計(jì)部分加以說(shuō)明，以ADUC842單片機(jī)1為控制核心，如圖4所示，在PO0口實(shí)現(xiàn)輸出高低電平，然后通過(guò)一定的延時(shí)程序，在PO1口輸出具有一定占空比的PWM信號(hào)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。AIN1圖4ADUC842管腳圖Pl?口U雖F27Pl!F26-P1JP23P1JF24AVTJDDGND琵皿工盟VKKFXTAL1DACTgP23DAC1曇宅F(xiàn)22PH壬P21P15仁已口于gNP2廿口_ei電:上氏丫Isold)186IB*1lnJinqiiFeg-qt-uk3izeid.4T4

9、-220Mdiazht-Dcdt-13-4-zieaElnqh.exfAlefraaFSfH-QIre口忙1耳|1Tidrcl口口laii.圖9Keiluv2界面圖4.3.2燒寫實(shí)驗(yàn)板（下載）程序（附界面圖10）：先按下實(shí)驗(yàn)板的右鍵，再按下左鍵。鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊軟件上的Reset按鈕。先松開右鍵，再松開左鍵，完成實(shí)驗(yàn)板的復(fù)位功能。在完成板的復(fù)位操作后，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊軟件上的Download按鈕，選擇.HEX文件，點(diǎn)擊打開按鈕，下載程序。下載成功后，即可以運(yùn)行程序。onszgnedctoru194fcr|a-O;4+S腎i-J5城海l事P號(hào)1為，Suv左右ia19-C11vald衛(wèi)口_口電丄丄hGLe

10、x&A)諭LiSiuhiSkm便ti1BC1專4for|h-JfKlEn.gtbr!*+C19-5i19(/*“一亠my占占右班抵B4R*/voidhai(：_oelayivoid;ia:皿鼻二口口電日CharLj2MEar|I-OJ!譏卽1*：I;知果晶掙為.MhsBi廷時(shí)Re,甫u左右3&1：M2WIQ0內(nèi)MWindowsSerialDownloaderDowrLLuadR1JTl11059200Ha000Opening/./CCM5FailedDEVICES初icoCorweteWindowsSeialDownloaderforADuCSxxMicroConverters圖10界面圖五、

11、調(diào)試及結(jié)果5.1調(diào)試過(guò)程1）尋找適當(dāng)?shù)妮敵隹?，即：分別先設(shè)P0=0 x01和P0=0 x00,觀察哪個(gè)輸出口輸出高、低電平，則該口即為所要的輸出口。2）在P0=0 x00和P0=0 x01后加延時(shí)程序，即delay函數(shù)。觀察輸出的PWM信號(hào)。3）建立按鍵與延時(shí)程序（主要是延時(shí)長(zhǎng)度）的關(guān)系，從而達(dá)到按鍵控制延時(shí)長(zhǎng)度的目的，進(jìn)而控制PWM信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)按鍵對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。5.2調(diào)試中出現(xiàn)的錯(cuò)誤1）尋找P01的輸出端。在接芯片ULN2003時(shí)，需要將單片機(jī)的P01端接到1管腳。在尋找P01的輸出端時(shí)，老師說(shuō)要看教學(xué)板上的電路圖，經(jīng)過(guò)仔細(xì)查看，找到了P01的輸出端并成功連接到ULN2003芯

12、片上。2）在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中，發(fā)現(xiàn)按鍵17是可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，按鍵8摁下后，電機(jī)卻不能轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)查看示波器的波形圖，發(fā)現(xiàn)8的占空比基本為1，懷疑是占空比太高的原因，后來(lái)更改程序，調(diào)整占空比（縮小占空比）后，再連接電機(jī)，電機(jī)便可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，用鍵盤控制占空比，進(jìn)而控制電機(jī)速率。3）在用WSD軟件reset單片機(jī)時(shí)，總是顯示失敗。經(jīng)過(guò)不斷的摸索，發(fā)現(xiàn)需要在點(diǎn)完reset以后緊接著快速放手，這樣才可以。（之前隔的時(shí)間太長(zhǎng)）。5.3結(jié)果1）對(duì)電路板的了解不夠。剛開始拿到板子的時(shí)候根本不知道是什么，電路圖都不太理解，后面摸索才知道哪些是單片機(jī)哪些是芯片。整個(gè)課設(shè)我們只認(rèn)識(shí)了我們用到的部分，對(duì)于那些沒(méi)有涉及到的芯片還是不太懂。2）部分程序片段還不是特別清楚，需要更深入地學(xué)習(xí)，才能掌握最核心的部分，而不是簡(jiǎn)單地調(diào)用程序。3）目前電機(jī)的轉(zhuǎn)速都是通過(guò)肉眼觀察，后來(lái)