基于TMS320F2812直流電動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)與制作

1、i科科學(xué)學(xué)技技術(shù)術(shù)學(xué)學(xué)院院science & technology college ofnanchang university 工工 程程 訓(xùn)訓(xùn) 練練報(bào)報(bào) 告告report on engineering training 題 目： 基于 tms320f2812 直流電動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)與制作 學(xué)科部、系 ： 信息學(xué)科部 專業(yè)班級(jí)： 電氣 092 班 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： ii起訖日期： 2011/10/10 2011/10/21 基于 tms320f2812 的直流電動(dòng)機(jī)控制專業(yè)：電氣 092 班學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：摘要摘要本文是對(duì)直流電機(jī) pwm 調(diào)速器設(shè)計(jì)的研究，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)

2、電機(jī)的控制。本課程設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn) pwm 調(diào)速器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。并實(shí)現(xiàn)電路的仿真。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計(jì)中，將 dsp 作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測量；由命令輸入模塊、光電隔離模塊及 h 型驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，不斷給光電隔離電路發(fā)送 pwm 波形，h 型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制.在設(shè)計(jì)中，采用 pwm 調(diào)速方式，通過改變 pwm 的占空比從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。設(shè)計(jì)的整個(gè)控制系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了大量的集成電路模塊，大大簡

3、化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提高。關(guān)鍵詞：pwm 調(diào)速；正反轉(zhuǎn)控制；仿真3目錄目錄摘要摘要.ii目目 錄錄.3第一章第一章 概述概述.41.1 工程訓(xùn)練的目的：.41.2 工程訓(xùn)練的要求：.4第二章第二章 方案的選擇與確定方案的選擇與確定.52.1 設(shè)計(jì)思路.52.2 基本原理.52.2.1 tms320f2812dsp 的 mcbsp 引腳.52.2.2 直流電機(jī)控制 .52.2.3 pwm 調(diào)壓調(diào)速原理.52.3 總體設(shè)計(jì)框圖.6第三章第三章 直流電動(dòng)機(jī)單元電路設(shè)計(jì)與分析直流電動(dòng)機(jī)單元電路設(shè)計(jì)與分析.73.1 總電路圖.73.2 總電路功能介紹.73.3

4、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊.83.3.1 直流電機(jī)類型 .83.3.2 直流電機(jī)結(jié)構(gòu) .83.3.3 直流電機(jī)工作原理 .83.3.4 直流電動(dòng)機(jī)硬件原理圖 .93.4 直流電機(jī)的中斷鍵盤控制模塊.103.4.1 外部中斷設(shè)置 .103.4.2 外部中斷擴(kuò)展方法 .10第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì).124.1 軟件流程圖.124.2 源程序設(shè)計(jì).12第五章第五章 pcb 板的繪制與電路板的制作板的繪制與電路板的制作.135.1 pcb 板的制作流程圖.135.2 生成 pcb 圖及制板.13第六章第六章 功能的實(shí)現(xiàn)與測試報(bào)告功能的實(shí)現(xiàn)與測試報(bào)告.14總結(jié)總結(jié).15參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .164第一章第一

5、章 概述概述1.1 工程訓(xùn)練的目的：工程訓(xùn)練的目的：(1)學(xué)習(xí)用c 語言編制中斷程序，控制f2812 dsp 通用i/o 管腳產(chǎn)生不同占空比的pwm 信號(hào)。(2)學(xué)習(xí) f2812dsp 的通用 i/o 管腳的控制方法。（3）通過 c 語言編程控制控制 i/o 管腳產(chǎn)生不同占空比的 pwm 信號(hào)。（4）通過直流電機(jī) pwm 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 (5)學(xué)習(xí)直流電機(jī)的控制原理和控制方法。1.2 工程訓(xùn)練的要求：工程訓(xùn)練的要求：本課程設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn) pwm 調(diào)速器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。并實(shí)現(xiàn)電路的仿真。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在

6、設(shè)計(jì)中，將 dsp 作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測量；由命令輸入模塊、光電隔離模塊及 h 型驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，不斷給光電隔離電路發(fā)送 pwm 波形，h 型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制.在設(shè)計(jì)中，采用 pwm 調(diào)速方式，通過改變 pwm 的占空比從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。（1）通過直流電機(jī) pwm 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（2） 、電路圖設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、完全；（3） 、元器件安裝規(guī)范，焊接到位，外觀優(yōu)美；5第二章

7、第二章 方案的選擇與確定方案的選擇與確定2.1 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路方案說明：通過 c 語言編程改變 pwm 波的占空比，將此 pwm 波從 i/o 口輸出到直流電動(dòng)機(jī)，從而改變其轉(zhuǎn)速，通過引腳上給出高電平或低電平和邏輯電路來控制直流電機(jī)的方向。單片機(jī)在程序控制下，定時(shí)不斷給直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送 pwm 波形，h 型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正，反轉(zhuǎn)控制；2.2 基本原理基本原理2.2.1 tms320f2812dsp 的的 mcbsp 引腳引腳通過設(shè)置 pwm11 和pwm5 的工作方式和狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)將它們當(dāng)成通用i/o 引腳使用。2.2.2 直流電機(jī)控制直流電機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最

8、早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。近年來，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制(puls width modulation，簡稱pwm)控制方式已成為絕對(duì)主流。2.2.3 pwm 調(diào)壓調(diào)速原理調(diào)壓調(diào)速原理對(duì)于直流電機(jī)來說，如果加在電樞兩端的電壓為 2.3 所示的脈動(dòng)電流壓（要求脈動(dòng)電壓的周期遠(yuǎn)小于電機(jī)的慣性常數(shù)） ，可以看出，在 t 不變的情況下，改變 t1 和 t2 寬度，得到的電壓將發(fā)生變化，下面對(duì)這一變化進(jìn)一步推導(dǎo)。 圖 2.3 施加在電樞兩端的脈動(dòng)電壓設(shè)電機(jī)接全電壓 u 時(shí)，其轉(zhuǎn)速最大為

9、 vmax。若施加到電樞兩端的脈動(dòng)電壓占空比為d=t1/t，則電樞的平均電壓為： u 平=ud 式 1.4 最大值vmax平均值vd最小值vmint1t2t圖圖1 1. .3 3 p pw wm m調(diào)調(diào)速速原原理理圖圖6由式 1.3 得到：n =ea/ceud/ ce=kd ；在假設(shè)電樞內(nèi)阻轉(zhuǎn)小的情況下式中 k= u/ ce，是常數(shù)。圖 2.4 占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系由圖看出轉(zhuǎn)速與占空比 d 并不是完全速的線性關(guān)系（圖中實(shí)線） ，原因是電樞本身有電阻，不過一般直流電機(jī)的內(nèi)阻較小，可以近視為線性關(guān)系。由此可見，改變施加在電樞兩端電壓就能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速成，這就是直流電機(jī) pwm 調(diào)速原理。2.3

10、總體設(shè)計(jì)框圖總體設(shè)計(jì)框圖vcc dir pwm brack m vm光 電路驅(qū)動(dòng) 電荷泵電路電 邏輯 隔 電路 驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大電路離 h 橋功能驅(qū)動(dòng)電路 電路7第三章第三章 直流電動(dòng)機(jī)單元電路設(shè)計(jì)與分析直流電動(dòng)機(jī)單元電路設(shè)計(jì)與分析3.1 總電路圖總電路圖3.2 總電路功能介紹總電路功能介紹主體電路：即直流電機(jī) pwm 控制模塊。這部分電路主要由單片機(jī)的 i/o 端口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等控制直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可以方便的讀出電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小和了解電機(jī)的轉(zhuǎn)向，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。其間，還包括直流電機(jī)的直接清零、啟動(dòng)（置數(shù)） 、暫停、連

11、續(xù)功能。其間是通過單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號(hào)并輸入到 tms2812來控制直流電機(jī)工作的。該直流電機(jī) pwm 控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設(shè)計(jì)輸入部分：這一模塊主要是利用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)控制部分：主要由單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成。直流電機(jī) pwm 控制實(shí)現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機(jī)和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。83.3 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要由一些二極管、電機(jī)和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（內(nèi)含 cmoss 管、三太門等）組成?，F(xiàn)在介紹下直流電機(jī)的運(yùn)行原理3.3.1 直流電機(jī)類型直流電機(jī)類型直流電機(jī)可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進(jìn)行分類，其中根據(jù)直流電機(jī)的用途可分為以下幾種：

12、直流發(fā)電機(jī)（將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能） 、直流電動(dòng)機(jī)（將直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能） 、直流測速發(fā)電機(jī)（將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)） 、直流伺服電動(dòng)機(jī)（將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào)） 。下面以直流電動(dòng)機(jī)作為研究對(duì)象。3.3.2 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。在定子上裝有磁極（電磁式直流電機(jī)磁極由繞在定子上的磁繞提供） ，其轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子外圓有槽，槽內(nèi)嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷引出,直流電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。圖 2.1 直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)3.3.3 直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)電路模型如圖 2.2 所示，磁極 n、s 間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱體，圓

13、柱體的表面上固定著一個(gè)線圈 abcd。當(dāng)線圈中流過電流時(shí)，線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當(dāng)流過線圈中電流改變方向時(shí)，線圈的受方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向。9圖2.2 直流電動(dòng)機(jī)電路模型3.3.4 直流電動(dòng)機(jī)硬件原理圖直流電動(dòng)機(jī)硬件原理圖3.4 直流電機(jī)的中斷鍵盤控制模塊直流電機(jī)的中斷鍵盤控制模塊3.4.1 外部中斷設(shè)置外部中斷設(shè)置（1） 外部中斷允許設(shè)置+ab-abcdns圖圖1 1. .1 1 直直流流電電機(jī)機(jī)工工作作10外部中斷x0=0?x1=0?x2=0?x3=0?x4=0?停止操作，reti反轉(zhuǎn)操作，reti正轉(zhuǎn)操作，reti減速操作

14、，reti加速操作，reti中斷控制寄存器 ie 的 ex0 對(duì)應(yīng) int0，ex1 對(duì)應(yīng) int1，ea 為中斷的總開關(guān)，若要開放外部中斷，只要將 ie 對(duì)應(yīng)的位和總開關(guān) ea 置 1 即可。如：開放外部中斷 0 的設(shè)置：setb ex0setb ea開放外部中斷 0 和 1 的設(shè)置：setb ex0setb ex1setb ea（2） 外部中斷觸發(fā)方式設(shè)置單片機(jī)外部中斷有兩種觸發(fā)方式，一種是電平觸發(fā)方式，另一種是脈沖觸發(fā)方式，單片機(jī)外部中斷觸發(fā)方式與 tcon 的 it 位有關(guān)。 tf1tr1tf0tr0ie1it1ie0it0電平觸發(fā)設(shè)置方法：clr itx，為低電平觸發(fā)方式。脈沖觸發(fā)設(shè)

15、置方法：setb itx1，為脈沖下降沿觸發(fā)方式。在使用外部中斷時(shí)，如果不進(jìn)行設(shè)置，則為電平觸發(fā)方式。（3） 外部優(yōu)先級(jí)設(shè)置 外部中斷 in0、int1 的中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置是通過設(shè)置 ip 寄存器實(shí)現(xiàn)的，ip 的 px0 對(duì)應(yīng) int0，px1 對(duì)應(yīng) int1。px 置 1 為高級(jí)中斷，px 為 0 為低級(jí)中斷。pspt1px1pt0px03.4.2 外部中斷擴(kuò)展方法外部中斷擴(kuò)展方法在圖 3.3 為外部中斷擴(kuò)展方法，設(shè) x1、x2、x3、x4、x5 為外部警情信號(hào)，x1 代表是加速信號(hào)，x1=0 表示加速；x2 代表減速信號(hào)，x2=0 表示減速；x3 代表正轉(zhuǎn)信號(hào)，x3=0 表示正轉(zhuǎn)；x4 代

16、表反轉(zhuǎn)信號(hào)，x4=0 表示反轉(zhuǎn)；x5 代表停止信號(hào)，x5=0 表示停止處理。 圖 3.3 外部中斷擴(kuò)展電路當(dāng)系統(tǒng)檢測到有中斷請(qǐng)求時(shí)，響應(yīng)如下中斷服務(wù)流程圖 3.4。11 圖 3.4 中斷服務(wù)流程第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件流程圖軟件流程圖124.2 源程序設(shè)計(jì)源程序設(shè)計(jì)第五章第五章 pcb 板的繪制與電路板的制作板的繪制與電路板的制作5.1 pcb 板的制作流程圖板的制作流程圖設(shè)計(jì)繪制原理圖導(dǎo)成 pcb 圖打印輸出（熱轉(zhuǎn)印紙） 金屬焊盤鉆孔 腐蝕（留下電子線路） 利用熱轉(zhuǎn)印法將 pcb 圖轉(zhuǎn)到敷銅板 焊接安裝元器件 調(diào)試 成品135.2 生成生成 pcb 圖及制板圖及制板第六章第

17、六章 功能的實(shí)現(xiàn)與測試報(bào)告功能的實(shí)現(xiàn)與測試報(bào)告 每個(gè)模塊做好以后，就可以調(diào)用程序（直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊程序已編寫好）來調(diào)試功能，如果能正常運(yùn)行那就說明模塊做的是正確的，相反，如不能正常實(shí)現(xiàn)功能就必須找出其中存在的錯(cuò)誤原因。要么是硬件電路錯(cuò)誤，要么就是軟件調(diào)用不當(dāng)或是 i/o 口設(shè)定存在問題，因此在調(diào)試過程中必須仔細(xì)，對(duì)每一部分加以完善。最重要的是對(duì)其整體的調(diào)試，因此要對(duì)其內(nèi)部地址進(jìn)行分配，中斷也要集中編寫完善，主程序編寫相對(duì)復(fù)雜，所以要先把電機(jī)驅(qū)動(dòng)弄好之后讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來再添加調(diào)速部分。添加鍵盤程序，使其能設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向。根據(jù)串行口調(diào)試工具能很好的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。通過 pwm 控制使電動(dòng)機(jī)

18、能夠正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)加速減速的功能。最后，調(diào)試成功，交作品。14總結(jié)總結(jié)通過這次對(duì) tms2812 的直流電動(dòng)機(jī)控制的設(shè)計(jì)與制作過程，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。實(shí)現(xiàn) pwm 調(diào)速器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。并實(shí)現(xiàn)電路的仿真。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計(jì)中，將 dsp 作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測量；由命令輸入模塊、光電隔離模塊及 h 型驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，不斷給光電隔離電路發(fā)送 pwm 波形，h 型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制.在設(shè)計(jì)中，采用 pwm 調(diào)速方式，通過改變 pwm 的占空比從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。設(shè)計(jì)的整個(gè)控制系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了大量的集成15電路模塊，大大簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而