基于單片機的直流電機調速系統(tǒng)剖析

1、課程設計設計題目：基于單片機的直流電機調速系統(tǒng)院：機電汽車工程學院專業(yè):班級:姓名:學號:指導老師:兀成時間：* * *機101 -2班* *學機械設計制造及其自動化2010 *2013年6月2日目錄1、 直流電機調速系統(tǒng)概述31.1直流電機結構31.2直流電機工作原理31.3直流電機PWM調速原理4AT89C51 單片機52、直流電機調速系統(tǒng)設計62.1 PWM波形程序的實現(xiàn)與控制.72.2 H橋驅動設計82.3 L298功率放大器 93、軟件設計113.1 程序流程圖113.2 主程序設計133.3 功能程序設計143.4 系統(tǒng)仿真173.5 系統(tǒng)仿真結果分析184、 設計總結195、 參

2、考資料201、直流電機調速系統(tǒng)概述1.1直流電機結構直流電機由定子和轉子兩部分組成。 在定子上裝有磁極，轉子由硅鋼片疊壓而 成，轉子外圓有槽，槽內嵌有電樞繞組，繞 組通過換向片和電刷引出， 直流電機結構如 下圖所示1.2直流電機工作原理由上圖可知，磁極N、S間裝著一個可以 轉動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面固定線圈 abcc。當線圈中流過電流時，線圈受到電磁 力作用，產生旋轉。根據(jù)左手定則可知，當 流過線圈中的電流方向改變時，線圈受力的方向也改變，因此通過改變線圈電流的方向實現(xiàn)改變電機的方向。1.3直流電機PWM調速原理對于直流電機來說，如果加在電樞兩端的電壓為右圖所示 的脈動電壓，可以 看出，在

3、T不變的 情況下，改變t1和t2寬度，電壓將發(fā)生變化。下面對這一變化作進一步的推導設電機接全電壓 U時，其轉速最大為 “max。若施加到電樞兩端的脈動電壓占空比 為D=廿/T,則電樞的平均電壓為U DCe下圖為施加不同的占空比時測的的轉速與 占空比的關系圖AT89C51 單片機AT89C51單片機結構框圖外部時鐘源振蕩器和 時序OSCi1程序存蔣4KB ROM數(shù)據(jù)存儲器 256B RAM/SFR1 2x16位定 時器/i換器|VV 7Y外部事件計數(shù)80C51CPUI串行通信并行口外中斷控制可編程全 雙工串行口內中斷總線擴展控制器可編程uo它的基本組成包括：(1) 一個8位的微處理器；(2) 片

4、內數(shù)據(jù)存儲器 RAM為128B,有21 個特殊功能寄存器；(3) 片內程序存儲器 Flash Rom有4KB ；(4) 可尋址片內外統(tǒng)一編址的 64 KB的ROM，可尋址片內外 64 KB的RAM;(5) 4個8位并行I/O接口( P0P3);- 個全雙工通用異步串行接口 UART;(6) 兩個16位的定時/計數(shù)器；(7) 5個中斷源、兩個優(yōu)先級的中斷控制 系統(tǒng)；(8 )具有位操作功能的布爾處理機及位尋 址功能；(9 )片內振蕩器和時鐘產生電路。51單片機的引腳圖U11Q18AXTAL1PO.OADO PO.VACH P0 2/A02 P0.3/AD3P0.4/AMP0.5/AD5XTAL2R

5、STlr U.pJjMuUOPO7/AD78 CdgP2燈焰F2.2/A1013.4PSENP2.3/A11ALEP2 4/A12EAP2.5/A13P2 8/A14P2.7/A15F-1.0P3.0/RXDP1 1P3 VTZDP1J2P3.2/INT0P1.3P3.3/1NT1P1 4IP3.4/TOP1.5P3.5/T1P1.5P3.&/WRP1.7P3.7/RDATSeCSl10 n13141721222324252E2、直流電機調速系統(tǒng)設計2.1 PWM波形程序的實現(xiàn)與控制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，

6、晶振頻 率為12MHz定時計數(shù)器T0,T1作定時器使 用，工作在方式1,通過8位撥碼開關的接 通與斷開控制PWM脈動脈沖的占空比并且通過P0 口讀入51單片機控制PWM波形產 生的相應程序進而控制直流電動機的速度。PWM脈沖波形產生程序ITT0: CPL P1.5JNB P1 5,Z1MOV A,P0 ;讀取P0 口電平MOV R0,A ;通過R0改變占空比MOV A,#0FFHSUBB A,R0MOV TH0,A ;低電平定時SETB TR0 ;啟動計時 RETIZ1: MOV A,P0 ;讀取 P0 口電平MOV R0,A ;通過R0改變占空比MOV TH0,R0 ;高電平計時 SETB

7、TR0;啟動計時RETI2.2 H橋脈寬放大器設計（ H 橋）脈寬調制放大器電路 “ +2 ：A：M2ZK VD2.1N4003VTAnX.HL刖羋VD4：車1N40032N1711VT3U3直流脈寬調制系統(tǒng)主電路的結構形式有 多種，按輸出極性有單極性輸出和雙極性輸 出之分，而雙極性輸出的主電路又分為 H型 和T型，H型脈寬放大器又可分為雙極式和 單極式。上圖是H型雙極式脈寬放大器電 路。圖中四只開關管分為兩組， VT1和VT3 為一組，VT2和VT4為另一組。同一組中 的兩只開關管同時導通，同時關斷，且兩組 開關管之劍可以交替地導通、斷開，實現(xiàn)電 機的正反轉。如圖所示，在 VT1和VT3導

8、通時電動機正轉，當 VT2和VT4導通時， 電動機反轉，同時通過控制 PWM波的占空 比來調節(jié)直流電動機的轉速。2.3L298功率放大器首0 gel Eelar-4g”一 coL DM E 寸 h h 藝互M M山茁廠巴：L?90.【-I匕扎一-VL298雙H橋直流電機驅動板可以驅動 兩臺直流電動機，使能端ENA、ENB為高電 平時有效，若要對直流電動機進行PWM調速，需要設置IN1、IN2，確定電動機的轉動 方向，然后對使能端輸出 PWM脈沖，即可 實現(xiàn)調速，控制方式及直流電機狀態(tài)如下表 所示：ENAIN1IN2直流電機狀態(tài)0XX停止100制動101正轉110反轉111制動L298引腳符號及

9、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0UT1、OUT2、0UT3、OUT4 :輸出端， 與對應輸入端同邏輯VCC:邏輯控制電源，4.57 VGND:接地VSS :電機驅動電源，最小值需比輸入的低 電平電壓咼3、軟件設計3.1程序流程圖RETI3.2主程序設計ORG 0000HAJMP STARTORG0003H判斷中斷的狀態(tài)LJMP INT2ORG000BH;PWM波形產生的中斷LJMP ITT0ORG0030H系統(tǒng)初始化START:MOV SP,#6

10、0H設置一固定 堆棧 地址MOV R0,#00HCLR P1.5CLR P1.6CLR P1.7MOV TMOD,#01H;計數(shù)器T0工作方式1MOVTL0,#0FFH;設置計數(shù)初值MOV TH0,#0FFHSETB EA;開中斷SETB EXO;允許外部中斷SETB ET0;允許T0中斷CLR IT0SETB TR0;啟動T0計數(shù)SJMP$3.3功能程序設計判斷狀態(tài)中斷程序：INT2:CLREXO;關中斷MOVA,#0FFHMOVP2,A;P2 口置 1MOVA,P2;讀取 P2 口JNBACC.0,SC判斷剎車JNBACC.1,Z Z;判斷正轉JNBACC.2,FZ;判斷反轉JNBACC.

11、3,TZ ;判斷停車SETBEX0;開中斷LCALL TTS;延時程序LCALLTTSLCALLTTSLCALLTTSRETIPWM波形產生中斷程序：ITT0:CPL 1P1.5;L298使能取反JNBP1.5,Z1MOVA,P0;讀取 P0 口MOVR0,代通過P0 口改變占空比MOVA,#0FFH;設置低電平計數(shù)值SUBBA,R0MOVTH0,ASETBTR0;啟動T0計數(shù)RETIZ1: MOVA,P0;改變占空比MOVR0,AMOVTH0,R0;設置高電平計數(shù)值SETBTR0;啟動T0計數(shù)RETI正轉子程序：ZZ: SETB P1 6;L298INT1 置 1 CLRP1.7;L298I

12、NT2 清零LCALL TTS;延時程序 LCALL TTSLCALL TTSSETB EXO;允許中斷RETI反轉子程序：FZ: CLR P1.6;L298INT1 取反SETB P1 7;L298INT2 置 1LCALL TTS;延時程序LCALL TTSLCALL TTS SETB EXO;允許中斷 RETI停轉子程序：TZ: CLR P1.5;L298使能端清零 CLR P1.6;L298INT1 清零 CLR P1.7;L298INT2 清零 LCALL TTS;延時程序 LCALL TTSLCALL TTS SETB EXO;允許中斷 RETI剎車子程序：SC: SETB P1.

13、5;L298 使能端置 1 SETB P1 6;L298INT1 置 1 SETB P1.7;L298INT2 置 1 LCALL TTS;延時程序 LCALL TTSLCALL TTSSETB EX0;允許中斷RETI延時子程序：TTS: MOVR3,#0E0HTT1S: MOVR4,#30HTT0S: DJNZ R4,TT0SDJNZ R3,TT1SRETEND系統(tǒng)仿真0JWNGB1NX1N - 15陰冉血帕I帥帕t姐File Vewr Edrl Twit Design G苗尚 Source Debug Library 呻I應 5艸tem HdpQoi ；冏盲血冋金+車目Q致口|卜叫*尙鳥

14、厲滬”國IIUI頂HA間別圈3酣茁口叫a AT8931 AUNOIOI陽X13Z91P010P BUTTON 飆 DFWBL238 NOTORDC HOTDRNCODER NOTDRSEflVO RES 虻沁4 5WSPST康 回科抓拠昭/汀COAD1*-U1 - 上TH0HJ 町FIJIA7KEI鬥muaN3M mvi 鬥皿 flS*H 旳cue MijiirFZ3AS lt 】* P13MI FZjME *2WQ 沖劇L niHif naini iGown 沖m rasri 町1 mUF4JT-學夢一l.ilbr盞盟一!哥一!I專吾一.門 l_ll Q 5MkXi IWriND 0ttto

15、l：21K2f L3_ 血息j+241-1+mui4-2N c.TE,L29S01 w Z Z2N1711 Tm傭400 1M4CO3 -.IE正轉仿真炳佩 1FOJ3XAIXI嗆叱POSfAM陽咖3P0.4(AMP0.5ZAMPO.&/AT0RSTP0.7/AD?嗆倔P2.2MWPSEHP2A11ALEP2.4IA12EftP2.5ft13P2Bffl14P27ffil5F1J0P3.0JRXDP1.1RlVDp仁用創(chuàng)HUDP1.3P3J3flNT1F1.4P3.WDP1.5P3.B1ptaPSJfflRPI 7PJ.7AWAT99.C51!1DSW1躺I 4J=L片PIP6VTB證轉.II

16、3.5系統(tǒng)仿真結果分析通過仿真結果表明，直流電機基于51單片機的控制基本實現(xiàn)了正轉、反轉、停車 的功能，并且可以通過八位撥碼開關控制 PWM波形的占空比，進而實現(xiàn)對速度的實 時調節(jié)，但是剎車功能效果不明顯。設計總結剛剛接到這個課題，感覺真的無從下 手，因為直流電機的正反轉等功能完全可以 通過電力電子及硬件實現(xiàn)的觀念已經先入 為主。連續(xù)兩天都在思考這個問題，最后通 過請教老師、上網以及在圖書館查閱資料， 我發(fā)現(xiàn)，應用單片機控制更加的方便簡單、 更加精細，雖然自己也不知道到底能不能很 好的完成任務，但是我對單片機這門課程產 生了更大的興趣。帶著種種問題，我不斷的去查閱相關資 料。八位撥碼開關在此之前根本都沒有聽說 過；L298功率放大器只聽說過，對于引腳 功能、工作原理根本一無所知；H橋以前只 是在課本上見過圖片，對于其功能的沒有清 晰的認識。更重要的是在課程設計期間，我 熟練掌握了 Keil uVision2編程軟件、Proteus7 Professi