PWM與直流電機控制

1、PWM與直流電機控制本設(shè)計主要由鍵盤輸入、單片機控制產(chǎn)生PWM信號、驅(qū)動顯示、電機驅(qū)動 電路組成。其中單片機采用89C51芯片，顯示部分由CD4511直接驅(qū)動8個共陰 LED,基本上實現(xiàn)了所有指標(biāo)要求。一、方案論證與比較：方案一：由全硬件數(shù)字電路構(gòu)成。用 555產(chǎn)生PWM信號，通過改變555中 的第7腳和第2腳的電阻來調(diào)整占空比。利用555產(chǎn)生的不同占空比的PWM信 號來驅(qū)動電機電路，來完成電機不同的轉(zhuǎn)動情況。 但是此法受到了硬件電路限制， 不能隨心所欲的來控制電機的運轉(zhuǎn)情況，而且電路調(diào)試也比較麻煩。方案二：主要是由單片機控制，顯示電路，鍵盤，電機驅(qū)動電路四部分來構(gòu) 成,由鍵盤來控制單片機來產(chǎn)

2、生各種不同的 PWM信號，以完成對電機的不同控 制。此方案電路極其簡單，由于電機驅(qū)動電路采用的是H橋路電路，電路具有很高的穩(wěn)定性，且很容易通過軟件來實現(xiàn)對電機工作情況的控制，而不用大動干戈的去改變硬件電路，很有利于整個系統(tǒng)功能的擴展。方框圖如下：比較以上兩種方案，對照題目要求，考慮到競賽的時間限制與我們的實際能 力，決定米用方案二。二、電路設(shè)計及參數(shù)計算1、控制鍵盤：由于本電路按鍵數(shù)多于4個，采用方陣式掃描法就可達到節(jié)省I/O的目的, 方陣式鍵盤的基本電路如圖所示，使用了 8條I/O構(gòu)成一個4*4的鍵盤方陣，X.2yyyyyy1ypi 7 ri61Pl.5 P.4Pl Qr. 2Pl 3方陣中

3、的每個交叉點可放一個按鍵，其中 4條線為掃描線（輸出），另外4條線 為信號返回線，讀按鍵信號的方法是采用分時的方式讀入，即一次讀入一行（4個開關(guān)）按鍵，未按按鍵時，掃描線輸出為高電平，即無效電平，當(dāng)有按鍵請求 時則輸出低電平，即有效電平。2、直流電機控制電路采用H橋電路（如下圖），此電路性能穩(wěn)定，驅(qū)動能力強。因此選用它來實 現(xiàn)對電機的控制。其工作原理如下：Q1，R1構(gòu)成反向器，為光耦提供較大的工作電流，以確保有足夠的電流去 驅(qū)動功率管Q2，當(dāng)89C51從“正轉(zhuǎn)” 端輸入低電平信號時（電機全速運行）， 經(jīng)過反向器，加大驅(qū)動電流，經(jīng)光耦驅(qū)動功率管Q2,而Q3也導(dǎo)通，且達到了飽和，使得Q4的b-e極

4、電壓被拉到0.3v而使之截止，當(dāng)然此時功率管 Q5也不 導(dǎo)通，同時由于“反轉(zhuǎn)”端是處于高點平狀態(tài)Q6反向器不導(dǎo)通，功率管Q7不工作，而此時做為開關(guān)管的 Q10也不通，但此時，由于Q9的基極有足夠的偏置 電壓，使它飽和導(dǎo)通，同時也使得功率管Q8導(dǎo)通。使得電機能正常運轉(zhuǎn)?！胺崔D(zhuǎn)”則相反，這里就不再重復(fù)。電路參數(shù)計算：如圖：先定R4為10K，要使Q3達到飽和，流過c極的電流最大為：（12V-0.3V）/10K=1.17mA，取晶體管的放大倍數(shù)為 100,那么，Q3基 極的電流最少應(yīng)為：1.17mA/100=0.0117mA而當(dāng)光耦飽和導(dǎo)通時，其e極的電壓在11.7v左右，（11.7V-0.7）/R3

5、=0.0117mA ；R3=940K考慮到R3與Q2的b極是并聯(lián)的，要讓絕大部分的電流為 Q2，因此R3也 不應(yīng)太大，因此這里去 R3為100K。3、顯示電路：該部分負責(zé)數(shù)據(jù)的顯示，由單片機的P0.0P0.3送BCD碼給CD4511譯成七 段碼送數(shù)碼管顯示，P0.4P0.6送出的二進制數(shù)經(jīng)74LS138三一八譯碼器（如圖） 輪流選通數(shù)碼管數(shù)碼管，在單片機快速的循環(huán)送數(shù)下，逐一點亮數(shù)碼管（點亮?xí)r 間為2ms）,來實現(xiàn)動態(tài)顯示。（如圖3）。如要使第一個數(shù)碼管亮，應(yīng)用程序把 顯示緩沖區(qū)的30H的內(nèi)容送P0.0P0.3,在P0.0P0.3送數(shù)的同時74LS138輸入 端送000H,使74LS138的Y

6、0端選通，從而點亮，而切也保證了顯示數(shù)據(jù)的正 確。圖3設(shè)數(shù)碼管每段正常發(fā)光的電流l=8mA,三極管Vbe=0.3V,U 光=2VR1=(Vcc-2Vbe - U 光)/1=(5-2*0.3-2)/8*1000=310R1 取 3004、單片機：本設(shè)計主要目的是由單片機產(chǎn)生脈寬可調(diào)的PWM信號控制直流電機的轉(zhuǎn)速，從而讓電機進行實時運轉(zhuǎn)。軟件編程采用模塊化的編程方法，大體可分為：鍵盤掃描、按鍵解碼、PWM 信號的輸出三大部分：其中，鍵盤掃描程序可直接調(diào)用現(xiàn)成模塊， 具體過程這里 就不在細述。其次，解碼主要通過 CPU掃描到的按鍵的具體位置，自定義其相 應(yīng)的功能，例如：在4*4按鍵矩陣中的第一個鍵為

7、“一擋”，就可在其子程序中寫入：MOVMOVKUANH， #3CHKUANL， #OBOH等指令，來做為起相應(yīng)要執(zhí)行的動作。最后，著重細訴PWM脈寬可調(diào)的輸出。這里主要利用CPU內(nèi)部的雙計數(shù)器TO, T1來分別控制PWM信號的振蕩周期和脈寬。如圖：由于TO的計數(shù)時間總是小于或是等于 T1的計數(shù)時間。因此，TO必先產(chǎn)生中斷， 而由CPL指令來改變波形，同時關(guān)斷 TO計數(shù)器TR0,等待T1產(chǎn)生中斷，重新 開啟TR0，重新計數(shù)。而脈寬的改變可通過給TO賦不同的初值，從而實現(xiàn)PWM 脈寬可調(diào)的輸出。具體軟件流程見圖：（附）三、電路的調(diào)試及結(jié)果：采用先分別調(diào)試各單元模塊再進行整機調(diào)試的方法，提高了調(diào)試效

8、率。1、硬件調(diào)試：鍵盤：把方陣中的4列接低電平，按任意鍵后，檢測該鍵對應(yīng)的行線是否 也為低電平，低電平則為正確，則該鍵可用。繼續(xù)檢測其它鍵，調(diào)試結(jié)果顯示該 模塊可正常工作。顯示模塊：對4511ABCD輸入端送一個二進制數(shù)，同時也對 74LS138送一 二進制數(shù)，選擇一位數(shù)碼管顯示。觀察該位數(shù)碼管是否顯示，顯示的值是否與所 送的BCD碼值一樣。循環(huán)檢測8個數(shù)碼管。調(diào)試結(jié)果顯示該模塊可正常工作。電機驅(qū)動電路：直接把兩PWM信號的輸入端分別接低電平（地）和高點平（+5v）,觀察電機的工作情況。軟件調(diào)試：首先在電腦上仿真程序，以單步運行的方式執(zhí)行每一條程序，同時注意相應(yīng) 的寄存器的數(shù)據(jù)變化是否和預(yù)測的一樣。如模擬按一個 1鍵，執(zhí)行后就應(yīng)在 3