基于單片機AT89C51控制的直流電機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計報告VIP

1、第一章:前言1.1 前言：直流電機的定義：將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能(直流電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。 近年來，隨著科技的進步，直流電機得到了越來越廣泛的應(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，過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速起動、制動和反轉(zhuǎn)，需要滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊要求，從而對直流電機提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已遠遠不能滿足現(xiàn)代科技的要求，這是通過PWM方式控制直流電機調(diào)速的方法就應(yīng)運而生。采取傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下的缺陷：模擬電路容易隨時間飄移，會產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及

2、對噪聲敏感等。而用PWM技術(shù)后，避免上述的缺點，實現(xiàn)了數(shù)字式控制模擬信號，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，開關(guān)頻率高，快響應(yīng)特性好，動態(tài)抗干擾能力強，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)濟好等特點。隨著我國經(jīng)濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多場合，都要求有直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)來進行調(diào)速，諸如汽車行業(yè)中的各種風扇、刮水器、噴水泵、熄火器、反視鏡、賓館中的自動門、自動門鎖、自動窗簾、自動給水系統(tǒng)、柔巾機、導(dǎo)彈、火炮、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、飛機、坦克、火箭、雷

3、達、戰(zhàn)車等場合。1.2本設(shè)計任務(wù):任務(wù): 單片機為控制核心的直流電機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容以及技術(shù)參數(shù):功能主要包括：1) 直流電機的正轉(zhuǎn)；2) 直流電機的反轉(zhuǎn)；3) 直流電機的加速；4) 直流電機的減速；5) 直流電機的速度在數(shù)碼管上顯示；6) 直流電機的啟動；7) 直流電機的停止；第二章：總體設(shè)計方案1、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計與分析電動機PWM驅(qū)動模塊的電路設(shè)計與實現(xiàn)具體電路見下圖。本電路采用的是基于PWM原理的H型橋式驅(qū)動電路。PWM電路由復(fù)合體管組成H型橋式電路構(gòu)成，四部分晶體管以對角組合分為兩組：根據(jù)兩個輸入端的高低電平?jīng)Q定晶體管的導(dǎo)通和截止。4個二極管在電路中起防止晶體管產(chǎn)生

4、反向電壓的保護作用，防止電動機兩端的電流和晶體管上的電流過大的保護作用。 在實驗中的控制系統(tǒng)電壓統(tǒng)一為5v電源，因此若復(fù)合管基極由控制系統(tǒng)直接控制，則控制電壓最高為5V，再加上三極管本身壓降，加到電動機兩端的電壓就只有4V左右，嚴重減弱了電動機的驅(qū)動力?；谏鲜隹紤]，我們運用了TLP521-2光耦集成塊，將控制部分與電動機的驅(qū)動部分隔離開來。輸入端各通過一個三極管增大光耦的驅(qū)動電流；電動機驅(qū)動部分通過外接12V電源驅(qū)動。這樣不僅增加了各系統(tǒng)模塊之間的隔離度，也使驅(qū)動電流得到了大大的增強。在電動機驅(qū)動信號方面，我們采用了占空比可調(diào)的周期矩形信號控制。脈沖頻率對電動機轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好

5、，但帶帶負載能力差脈沖頻率低則反之。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，當電動機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，但加負載后，速度下降明顯，低速時甚至會停轉(zhuǎn)；脈沖頻率在10Hz以下，電動機轉(zhuǎn)動有明顯跳動現(xiàn)象。而具體采用的頻率可根據(jù)個別電動機性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過P2.6輸入高電平信號，P2.7輸入低電平，電機正轉(zhuǎn)；通過P2.6輸入低電平信號，P2.7輸入高電平，電機反轉(zhuǎn)；P2.6、P2.7同時為高電平或低電平時，電機不轉(zhuǎn)。通過對信號占空比的調(diào)整來對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。2、系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本系統(tǒng)編程部分工作采用KELI-C51語言完成，采用模塊化的設(shè)計方法，與各子程序做為實現(xiàn)各部分功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識別和功能、PWM脈寬控制

6、和數(shù)碼管顯示等部分的設(shè)計。單片機資源分配如下表：P1顯示模塊接口鍵盤中斷P3鍵盤模塊接口P2.6/P2.7PWM電機驅(qū)動接口系統(tǒng)時鐘PWM脈寬控制：本設(shè)計中采用軟件延時方式對脈沖寬度進行控制，延時程序函數(shù)如下：/*延時函數(shù)*/void delay()int i,y;for(i=0;i<30;i+)for(y=0;y<100;y+);3、軟件設(shè)計中的特點:對于電機的啟停，在PWM控制上使用漸變的脈寬調(diào)整，即開啟后由停止勻加速到默認速度，停止則由于當前速度逐漸降至零。這樣有利于保護電機。鍵盤處理上采用中斷方式，不必使程序?qū)︽I盤反復(fù)掃描，提高了程序的效率。第三章：系統(tǒng)硬件電路設(shè)計整體框圖

7、如下：第四章：系統(tǒng)功能調(diào)試仿真整體圖如下：1、加減速分5檔，波形依次如下：/*基于單片機AT89C51的直流電機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)*/*班級:09電氣六(2)*/*指導(dǎo)老師：唐幼君 陳弢*/*時間：2013年9月22日*/*頭文件*/#include<reg51.h>/*延時*/void delay()int i,y;for(i=0;i<30;i+)for(y=0;y<100;y+);/*數(shù)碼管顯示*/void suzi(int i) if(i=0) P1=0x0A0; if(i=1) P1=0x0F9; if(i=2) P1=0x64; if(i=3) P1=0x07

8、0; if(i=4) P1=0x39; if(i=5) P1=0x32;/*主程序*/void main() int x; int i=0; int zen=1;正反轉(zhuǎn) zen為1正傳zen為0反轉(zhuǎn)P2=0x00;初始化P1=0x00;while(1) while(zen=1) if(P3=0x0fd)檢測有無減速按鈕按下 i-;if(P3=0x0fe)檢測有無加速按鈕按下 i+;if(i=6) i=5;if(i=-1) i=0; suzi(i);數(shù)碼管顯示if(P3=0x0fb)檢測有無反轉(zhuǎn)按鈕按下zen=0; for(x=i;x>0;x-) P2=0x40; delay(); for(x=5-i;x>0;x-) P2=0x00; delay(); while(zen=0) if(P3=0x0fd)檢測有無減速按鈕按下 i-;if(P3=0x0fe)檢測有無加速按鈕按下 i+;if(i=6) i=5;if(i=-1) i=0; suzi(i);數(shù)碼管顯示if(P3=0xf7)檢測有無正轉(zhuǎn)按鈕按下 zen=1; for(x=i;x>0;x-) P2=0x80; delay(); for(x=5-i;x>0;x-) P2=0x00; delay(); 元件數(shù)量（個）元件數(shù)