基于單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、本科論文基于單片機(jī)的DC電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在機(jī)械工程學(xué)院。專業(yè)名稱是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化。年度水平學(xué)生，學(xué)號講師，職稱完工日期:2013年5月摘要本文主要介紹了用MCS-51單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號來控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。闡述了PWM的原理以及PWM信號占空比的調(diào)整方法。此外，本系統(tǒng)還采用測速發(fā)電機(jī)來測量直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。測量結(jié)果通過濾波電路后送至A/ D轉(zhuǎn)換器，最后反饋信號存儲在單片機(jī)中并參與PI計(jì)算。在軟件方面，本文詳細(xì)介紹了編程的思路和制作方法。關(guān)鍵詞:PWM信號、測速發(fā)電機(jī)、PI計(jì)算、DC電機(jī)目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_T

2、oc358138075 1 引言1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138076 1.1 課題背景1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138077 1.1.2 開發(fā)背景1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138078 1.1.3 選題意義2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138079 1.2 研究方法與調(diào)速原理2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138080 1.2.1 直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358

3、138081 1.2.2 控制程序的設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138082 2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138083 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖與單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138084 2.2 AT89S51單片機(jī)簡介6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138085 2.2.1 AT89S51單片機(jī)的組成6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138086 2.2.2 CPU與部分部件的作用和

4、功能7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138087 2.2.3 AT89S51單片機(jī)引腳圖8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138088 2.3 單片機(jī)系統(tǒng)中所用其他芯片選型8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138089 2.3.1 地址鎖存器8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138090 2.3.2 程序存儲器9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138091 2.3.3 數(shù)據(jù)存儲器10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358

5、138092 2.4 AT89S51單片機(jī)擴(kuò)展電路與分析11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138093 3 PWM信號發(fā)生電路設(shè)計(jì)13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138094 3.1 PWM的基本原理13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138095 3.2 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與分析13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138096 3.3 H橋的驅(qū)動電路設(shè)計(jì)方案14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138097 4 功率放大驅(qū)動電路設(shè)計(jì)16 H

6、YPERLINK l _RefHeading_Toc358138098 4.1 芯片IR2110性能與特點(diǎn)16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138099 4.2 IR2110的引腳圖以與功能16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138100 4.3 IR2110的極限參數(shù)和限制：17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138101 5 主電路設(shè)計(jì)19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138102 5.1 延時保護(hù)電路19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358

7、138103 5.2 主電路19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138104 5.3 輸出電壓波形22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138105 5.4測速發(fā)電機(jī)22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138106 5.4.1 電機(jī)速度的測量并顯示功能仿真22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138107 5.5 濾波電路23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138108 5.6 A/D轉(zhuǎn)換23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc3

8、58138109 5.6.1 芯片ADC0809介紹23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138110 5.6.2 ADC0809的引腳與其功能24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138111 6 系統(tǒng)功能調(diào)試25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138112 7.系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)28 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138113 7.1 PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖與參數(shù)計(jì)算28 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138114 7.2 系統(tǒng)中的部分程序設(shè)計(jì)29

9、 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138115 7.2.1 單片機(jī)資源分配29 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138116 7.2.2 主程序29 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138117 7.2.3程序流程圖33 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138118 總結(jié)35 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138119 致36 HYPERLINK l _RefHeading_Toc358138120 參考文獻(xiàn)371導(dǎo)言1.1主題背景1.1.2開發(fā)背景在現(xiàn)

10、代電子產(chǎn)品中，DC電機(jī)廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)、電子儀器、家用電器、電子玩具等。每個人都熟悉錄音機(jī)、電唱機(jī)、攝像機(jī)、電子計(jì)算機(jī)等。，不能缺少DC汽車。所以DC電機(jī)的控制是一項(xiàng)非常實(shí)用的技術(shù)。一般來說，DC電機(jī)可分為四類:多相繞組步進(jìn)電機(jī)、永磁逆變DC電機(jī)、伺服電機(jī)和兩相低壓交流電機(jī)。DC電機(jī)的特點(diǎn)是起動轉(zhuǎn)矩大，最大轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速容易，調(diào)速后效率高。與交流調(diào)速相比，DC電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，維護(hù)工作量大。隨著大功率晶體管的出現(xiàn)和矢量控制技術(shù)的成熟，矢量控制變頻技術(shù)發(fā)展迅速，各種功率的各種類型的變頻調(diào)速裝置被開發(fā)出來并廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。適用范圍:DC調(diào)速器可用于造紙印刷、紡織印染、光纜設(shè)備、電氣技

11、術(shù)設(shè)備、食品加工機(jī)械、橡膠加工機(jī)械、生物制藥設(shè)備、電路板設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、特種加工、輕工、運(yùn)輸設(shè)備、車輛工程、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備等行業(yè)。高性能交流傳動的應(yīng)用比例逐年增加。在工業(yè)領(lǐng)域，用可調(diào)速交流傳動取代DC傳動將成為歷史的必然。盡管如此，我認(rèn)為DC電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對于一個機(jī)電專業(yè)的大學(xué)生來說，無論從學(xué)習(xí)還是實(shí)踐的角度來看，都是有積極作用的，有助于提高他的學(xué)習(xí)積極性。1.1.3選題的意義DC電機(jī)具有良好的起動和制動性能，可應(yīng)用于大威平滑調(diào)速，也可廣泛應(yīng)用于許多需要調(diào)速或正反向的電力牽引領(lǐng)域。從控制的角度來看，DC調(diào)速是交流傳動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期的控制系統(tǒng)大多基于模擬電路，包括運(yùn)算放大器、

12、非線性集成電路和少數(shù)數(shù)字電路等?？刂葡到y(tǒng)硬件功能復(fù)雜單一，軟件系統(tǒng)靈活性差，調(diào)試?yán)щy，不利于DC電機(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。隨著單片機(jī)控制技術(shù)的快速發(fā)展，許多控制功能算法和軟件已經(jīng)完成，這為DC電機(jī)調(diào)速提供了更大的發(fā)展空間，使系統(tǒng)達(dá)到更高的性能。利用單片機(jī)組成控制系統(tǒng)，可以節(jié)省人力資源，降低系統(tǒng)成本，從而有效提高工作效率。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，可以滿足生產(chǎn)要求，但系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性無法保證，甚至?xí)l(fā)生事故，因?yàn)樵谑褂眠^程中容易老化和干擾，而且電路非常復(fù)雜，控制效果受器件性能和溫度等因素影響。目前，DC電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化已經(jīng)付諸實(shí)施。隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，DC電機(jī)調(diào)速已經(jīng)逐漸從模擬

13、向數(shù)字轉(zhuǎn)變。特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使DC電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)入了一個新的階段，智能化和高可靠性成為其發(fā)展趨勢。因此，實(shí)現(xiàn)DC無級調(diào)速對我們的社會生產(chǎn)和生活具有重要意義。1.2研究方法和調(diào)速原理根據(jù)勵磁方式的不同，DC電機(jī)可分為自激式和他激式兩種。不同激勵方式的機(jī)械特性曲線是不同的。對于DC電機(jī)的速度，有以下公式:N=U/Cc-TR/CrCc(公式1-1)其中包括:u-電壓；-勵磁繞組電阻；-磁通量(WB)；cc-電位常數(shù)；Cr-扭矩常數(shù)。從上式可以看出，DC電機(jī)的速度控制有兩種方法，即電樞控制法和磁場控制法。比較兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對于磁場控制法來說，其控制功率較小，在低速傳動時容易受到磁極飽和的限

14、制，而在高速傳動時受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)的限制。因此，磁場控制法并不合適，電樞控制法是電機(jī)調(diào)速中常用的方法。DC電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)DC電機(jī)的結(jié)構(gòu)多種多樣，但任何DC電機(jī)都包括定子部分和轉(zhuǎn)子部分。這兩部分之間有一定的氣隙，使得電機(jī)中的電路和磁場相對運(yùn)動。DC電機(jī)的定子部分主要由主磁極、電刷裝置和換向極組成，轉(zhuǎn)子部分主要由電樞繞組、換向器和轉(zhuǎn)軸組成，如圖1-1所示。圖1-1 DC電機(jī)工作原理圖電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下，將控制電壓信號加到電機(jī)的電樞上來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在電機(jī)調(diào)速中應(yīng)用廣泛，其中脈寬調(diào)制的應(yīng)用最為廣泛。脈寬調(diào)制的概念是用一個固定的頻率來控制電源的開通或關(guān)斷，通過改變一個周期的開通

15、和關(guān)斷時間來改變平均電壓，即改變DC電機(jī)電樞上電壓的占空比，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)上圖，當(dāng)電機(jī)一直通電時，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為，占空比為D=/T，那么電機(jī)的平均轉(zhuǎn)速為，可以通過改變占空比D得到到不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。1 . 2 . 1 DC調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)PWM是主控電路的調(diào)速系統(tǒng):PWM是基于單片機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)的。在PWM調(diào)速系統(tǒng)中，占空比是一個重要的參數(shù)。當(dāng)電源電壓恒定時，電樞端電壓的平均值取決于占空比。改變該值可以改變電樞端電壓的平均值:1.定寬調(diào)頻法:保持不變，只改變t，這樣周期也會變化。2.調(diào)寬調(diào)頻法:保持t不變，只改變，這樣周期或頻率也會改變。3.定頻調(diào)寬法:保持周期T(或頻率)

16、不變，同時改變和T。1，2該方法在速度調(diào)節(jié)期間改變控制脈沖的周期或頻率。當(dāng)控制脈沖的頻率與控制脈沖的頻率相同時當(dāng)系統(tǒng)的固有頻率接近時，會引起振蕩，所以不適合。占空比通過固定頻率和寬度調(diào)制的方法來改變。以便改變DC電動機(jī)電樞兩端的電壓。1.2.2控制程序設(shè)計(jì)控制程序設(shè)計(jì)包括軟件延時法和計(jì)數(shù)法。使用軟件延時法的思路是:先計(jì)算占空比(t(1)/T)，然后按周期給電機(jī)通電M個單位時間t(0)，所以M= t(0)/ t(1)。再斷電一個S單位時間，所以S= t(2)/ t(0)。改變m和s的值也會改變占空比的值。計(jì)數(shù)法的原理是:先計(jì)算出單位延時的個數(shù)M，作為一個固定值存儲在任一存儲單元中。當(dāng)電源接通時，

17、計(jì)算單位時間內(nèi)的通電次數(shù)，并與存儲器容量進(jìn)行比較。如果計(jì)數(shù)值等于給定值，電機(jī)將斷電；否則，將輸出控制脈沖。軟件采用定時中斷設(shè)計(jì)。當(dāng)微控制器上電時，系統(tǒng)進(jìn)入就緒狀態(tài)。當(dāng)按鈕按下時，執(zhí)行相應(yīng)的程序，根據(jù)加減速按鈕根據(jù)P1.1的高低電平?jīng)Q定DC電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，調(diào)整P1.1輸出高低電平的占空比，從而控制高低電平的延時時間，進(jìn)而控制電壓決定DC電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)中，AT89S51用于控制輸出數(shù)據(jù)，PWM信號由PWM信號發(fā)生器電路產(chǎn)生并發(fā)送給DC電機(jī)。DC電機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換電路交換數(shù)據(jù)，送回單片機(jī)進(jìn)行PI運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度和方向的控制，達(dá)到DC

18、電機(jī)調(diào)速的目的。主控芯片PWM信號的產(chǎn)生和放大直流電機(jī)速度測量發(fā)電機(jī)過濾波電路模數(shù)轉(zhuǎn)換變化圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.2 at89s 51單片機(jī)介紹2 . 2 . 1 at89s 51單片機(jī)的組成AT89S51單片機(jī)由CPU和8個部件組成，所有部件通過單總線連接。其基本結(jié)構(gòu)仍然是通用CPU加外圍芯片，但在功能單元的控制上采用了專用功能寄存器的集中控制方式。其基本組成如下圖所示:2 . 2 . 2 CPU和一些部件的功能和作用中央處理器CPU:它是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。數(shù)據(jù)存儲器:AT89S51芯片共有256個RAM單元，只有前128個單元可以作為存儲器，地址為00H7FH。通常的數(shù)據(jù)內(nèi)

19、存是指前128個單元，簡稱RAM。程序存儲器:AT89S51芯片有4K單元，用來存儲程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡稱ROM。定時器:AT89S51有兩個16位定時器，用來實(shí)現(xiàn)定時或計(jì)數(shù)的功能，并根據(jù)其定時或計(jì)數(shù)結(jié)果控制計(jì)算機(jī)。中斷控制系統(tǒng):芯片有五個中斷源，即兩個外部中斷、兩個定時/計(jì)數(shù)中斷和一個串行中斷。2 . 2 . 3 at89s 51單片機(jī)引腳圖2.3單片機(jī)系統(tǒng)中其他芯片的選擇地址鎖存器地址鎖存器有很多種，8282是一種地址鎖存器，功能和74LS373類似。但本系統(tǒng)選擇74LS373作為地址鎖存器，考慮到其廣泛的應(yīng)用和良好的性價比，應(yīng)該是目前單片機(jī)系統(tǒng)中廣泛使用的。74LS373芯片是一個D

20、鎖存器，具有8個輸出和三態(tài)門。當(dāng)使能端處于高電平時，鎖存器中的容量可以更新，在回到低電平的瞬間實(shí)現(xiàn)鎖存。此時，如果芯片的輸出控制端為低電平，即輸出三態(tài)門打開，則鎖存器中的地址信息可以通過三態(tài)門輸出。引腳圖如下:程序存儲器存儲器是單片機(jī)的另一個重要組成部分，其中程序存儲器是單片機(jī)中非常重要的存儲器。但由于其存儲空間不足，往往需要擴(kuò)展單片機(jī)的存儲空間。EPROM(紫外可擦型)常用于擴(kuò)展程序內(nèi)存，如2716(2KB)、2732(4KB)、27256(32KB)等。，還提供+5V E2PROM?？紤]到系統(tǒng)功能的可擴(kuò)展性和程序功能的擴(kuò)展，本系統(tǒng)采用16KB 27128作為程序內(nèi)存擴(kuò)展芯片，在滿足系統(tǒng)要求

21、的前提下具有一定的擴(kuò)展空間，是最適合本系統(tǒng)的程序內(nèi)存擴(kuò)展芯片。7128的管腳圖如圖所示:數(shù)據(jù)存儲AT89S51單片機(jī)有128B的RAM，當(dāng)數(shù)據(jù)量超過128B時，需要進(jìn)一步擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。常用的RAM芯片有靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)RAM包括6116(2KB)、6264(8KB)、動態(tài)DRAM2164(8KB)以及集成的IRAM和E2PROM。使用E2PROM作為數(shù)據(jù)存儲器具有在電源故障時保護(hù)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。RAM芯片常用于數(shù)據(jù)擴(kuò)展，Intel的6116容量為2KB，6264容量為8KB。該系統(tǒng)采用8KB的6264作為數(shù)據(jù)存儲擴(kuò)展芯片。其引腳如下圖所示:2.4 AT89S51單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析布線分析

22、:P0.7 - P0.0:這八個管腳有兩種不同的功能，分兩種不同的情況。第一個是AT89S51單片機(jī)沒有片外存儲器，P0口作為通用I/O口，P0.7 - P0.0用于傳輸I/O數(shù)據(jù)。第二個是AT89S51，帶片外存儲器。當(dāng)CPU訪問片外存儲器時，P0.7 - P0.0用于傳輸片外存儲器的低8位地址，最終將CPU讀寫的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡獯鎯ζ?。P2.7 - P2.0:這組接口的第一個功能可以作為I/O.它的第二個功能配合P0口引腳的第二個功能，用來輸出片外存儲器的高8位地址，選擇片外存儲器的單位，但不能像P0口一樣傳輸存儲器讀寫數(shù)據(jù)。P3.7 - P3.0:這組引腳可用于傳輸用戶輸入/輸出的數(shù)據(jù)。它

23、的第二個功能是控制，每個引腳都是不同的。VCC是+5V電源線，VSS是接地線。ale/數(shù)據(jù)鎖存:/編程線，與端口P0引腳的第二個功能一起使用。當(dāng)訪問片外存儲器時，AT89S51的CPU在P0.7-P0.0的引線上輸出片外存儲器的低8位地址，AT89S51的下降沿將該片外存儲器的低8位數(shù)據(jù)鎖存到外部地址鎖存，留下P0.7-P0.0傳輸片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。/VPP:允許片外存儲器/編程電源線，可以控制AT89S51選擇使用片內(nèi)ROM還是片外ROM。如果=1，則允許切片；如果=0，則允許片外使用。XTAL1和XTAL2:片內(nèi)振蕩器電路的輸入線用來連接AT89S51 OSC的定時反饋電路。當(dāng)應(yīng)時開始

24、振動時，應(yīng)該可以在XTAL2線上導(dǎo)出一個3v的正弦波，這樣AT89S51芯片的OSC電路就可以和應(yīng)時晶振同頻振蕩。兩個電容C1C2可以幫助啟動振動，調(diào)整它們也可以微調(diào)fOSC。PWM信號產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)3.1脈寬調(diào)制的基本原理采用PWM(PulseWidthModulation)脈寬調(diào)制，其工作原理是:通過產(chǎn)生矩形波，改變占空比，可以調(diào)節(jié)脈寬。PWM的定義:脈寬調(diào)制(PWM)是一種非常有效的技術(shù)，它利用微處理器的數(shù)字輸出來控制模擬電路。它廣泛應(yīng)用于從測量和通信到功率控制和轉(zhuǎn)換的許多領(lǐng)域。模擬信號的值可以連續(xù)變化，其時間和幅度分辨率不受限制。3.2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與分析PWM驅(qū)動模塊的電路設(shè)計(jì)和實(shí)

25、現(xiàn)如下圖所示。該電路采用基于PWM原理的H型橋式驅(qū)動電路。PWM電路由復(fù)雜晶體管組成的H橋電路組成，四個晶體管通過對角組合可分為兩組:兩個輸入端的高低電平控制晶體管的導(dǎo)通或關(guān)斷。電路中四個二極管的作用是防止晶體管產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)姆聪螂妷?，從而防止電機(jī)兩端和晶體管上的電流過大。在實(shí)驗(yàn)中，控制系統(tǒng)電壓為5V電源。因此，如果復(fù)合管的底座由控制系統(tǒng)直接控制，最高控制電壓為5v。況且三極管本身就有壓降，電機(jī)兩端的電壓在4V左右，嚴(yán)重削弱了電機(jī)的驅(qū)動力。所以我們可以用TLP521-2光耦集成塊來隔離控制部分和電機(jī)驅(qū)動部分。各輸入端通過三極管增加光耦的驅(qū)動電流；電機(jī)驅(qū)動部分由外部12V電源驅(qū)動。這樣模塊之間的隔

26、離度提高了，驅(qū)動電流也大大增強(qiáng)了。3.3 H電橋驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)方案H橋電機(jī)驅(qū)動電路包括四個三極管和一個電機(jī)，因其形狀與字母H相似，故名。如下圖所示，要使電機(jī)成功運(yùn)轉(zhuǎn)，對角線上的一對三極管必須通電。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通和通電情況，電流會從右向左或反方向流過電機(jī)，從而改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。因此，為了使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對角線上的兩個三極管必須通電。例如，當(dāng)Q2管與Q3管連接時，電流從電源的陽極經(jīng)Q2從左至右流過電機(jī)，再經(jīng)Q3流至電源的陰極。Q1和第四季度也是如此。從當(dāng)前箭頭看，驅(qū)動電機(jī)將順時針旋轉(zhuǎn)。4功率放大器驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動電路采用IR2110集成芯片，具有強(qiáng)大的驅(qū)動能力和保護(hù)功能。4.1芯片IR21

27、10的性能和特點(diǎn)IR2110是美國國際整流器公司在1990年左右開發(fā)并投放市場的，擁有自己獨(dú)特的高壓集成電路和無閂鎖CMOS技術(shù)。IR2110的概念是一個單芯片集成驅(qū)動器，由兩個通道的高壓或高速功率器件驅(qū)動。它可以將驅(qū)動高壓側(cè)和低壓側(cè)MOSFET或IGBT的功能集成到一個封裝中，少量的外部元件就可以提供非?？斓墓?。同時，IR2110的成功開發(fā)和應(yīng)用可以大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。降低了產(chǎn)品成本和體積。4.2 IR 2110的引腳圖及其功能引腳1(LO)和引腳7(HO):對應(yīng)于引腳12和引腳10的兩個驅(qū)動信號輸出。使用時，它們分別通過一個電阻連接到主電路中的下溝道和上溝道MOSFET的柵極。為防

28、止干擾，通常在引腳1與引腳2之間以及引腳7與引腳5之間連接一個10K電阻。引腳2(COM):下通道MOSFET的驅(qū)動輸出以地為參考。在使用中，它直接連接到引腳13(Vss)并連接到主電路橋臂的下溝道MOSFET的源極。3腳(Vcc):直接接用戶提供的輸出電源正極，通過優(yōu)質(zhì)電容接2腳。引腳5(Vs):上溝道MOSFET的驅(qū)動信號輸出參考地端。在使用中，它與主電路中的上下溝道驅(qū)動MOSFET的源極相連。6腳(VB):此端子的陽極通過陰極接3腳的高背壓和恢復(fù)二極管，接用戶輸出極的電源。Vcc的參數(shù)要求大于-0.5V引腳9(VDD):芯片輸入級的電源端。在使用中，用戶是芯片的高性能電源。為了防止干擾，

29、此端子應(yīng)通過高性能去耦網(wǎng)絡(luò)接地。此端子可以使用與引腳3(Vcc)相同的電源，也可以由兩個獨(dú)立的電源單獨(dú)使用。管腳10(HIN)和管腳12(LIN):驅(qū)動信號的輸入端，用于驅(qū)動逆變橋中同一橋臂上的兩個功率MOS器件。在應(yīng)用過程中，對應(yīng)于用戶脈沖的兩個輸出被連接。一般這兩個信號限制在Vss-0.5V到Vcc+0.5V這里Vss和Vcc分別連接到IR2110的13腳(Vss)和9腳(VDD)的端電壓值。引腳11(SD):保護(hù)信號的輸入端。當(dāng)此引腳為高電平時，IR2110輸出的所有信號都被阻斷，其對應(yīng)的輸出端為低電平。然而，當(dāng)該端子連接到低電平時，IR2110的輸出隨著引腳10和12的變化而相應(yīng)變化。

30、引腳13(Vss):指芯片的接地端。使用時，直接連接到電源的接地端。所有去耦電容的一端都應(yīng)連接到此引腳，并直接連接到引腳2。引腳8、引腳14和引腳4:空引腳。圖4.24.3 IR 2110的極限參數(shù)和限制:最大高端工作電源電壓VB: -0.3V至525V柵極驅(qū)動輸出的最大(脈沖)電流Iomax: 2a最大工作頻率fmax:1MHz工作電壓VCC:-0.3v至25V儲存溫度TSTG:-55至150攝氏度工作溫度范圍ta:-40至125C最大容許結(jié)溫TJ max:150c。邏輯電源電壓vdd:-0.3v至VSS+25V容許基準(zhǔn)電壓與臨界上升速率的關(guān)系DVS/dt: 50000 v/ s高端浮動電源

31、的基準(zhǔn)電壓vs: VB-25v至VB+0.3V高端浮動輸出電壓VHO: VS-0.3V至VB+0.3V邏輯電壓vin: VSS-0.3v至VDD+0.3V邏輯參考電壓VSS是VCC-25v到Vcc+0.3V低端輸出電壓vlo:-0.3v至Vcc+0.3V功耗:1.6W，采用DIP-14封裝圖4.25主電路設(shè)計(jì)5.1延時保護(hù)電路通過IR2110芯片的完美設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)延時保護(hù)電路。R2110自身可以在兩路輸入信號之間產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臅r間延遲，保證了被驅(qū)動逆變橋中同一橋臂上兩個功率MOS器件的驅(qū)動信號之間有相互的時間間隔，從而避免了被驅(qū)動逆變橋中兩個功率MOS器件同時導(dǎo)通所導(dǎo)致的DC功率直流電路的危險。

32、5.2主電路從上述原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)柵極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)動作，高壓側(cè)關(guān)斷期間必須導(dǎo)通低壓側(cè)，為自舉電容提供充電路徑。因此，在這個電路中，Q1(Q4)或Q2(Q3)不可能連續(xù)不間斷地導(dǎo)通。我們可以采用雙PWM信號來控制DC電機(jī)的正轉(zhuǎn)，以匹配其速度。將IC1的HIN端與IC2的LIN端相連，將IC1的LIN端與IC2的HIN端相連，這樣兩個芯片輸出的信號正好相反。當(dāng)HIN為高電平時，Q1和Q4導(dǎo)通，正工作電壓加到DC電機(jī)上。具體操作步驟如下:當(dāng)IC1的LO為低電平，HO為高電平時，Q2關(guān)斷，C1上的電壓通過VB、IC電路、HO端施加到Q1的柵極，使Q1導(dǎo)通。同樣，此時IC2的

33、HO為低電平，LO為高電平，Q3關(guān)斷，C3上的電壓通過VB、IC電路和HO端施加到Q4的柵極，使Q4導(dǎo)通。從電源Q1到電機(jī)的陽極，通過DC電機(jī)，然后通過Q4到零電位，從而完成整個電路。此時，DC電機(jī)向前旋轉(zhuǎn)。當(dāng)HIN為低電平時，高電平輸入到LIN端，Q2和Q3導(dǎo)通，反向工作電壓加到電機(jī)上。具體操作步驟如下:當(dāng)IC1的LO為高電平，HO為低電平時，Q2開啟，Q1關(guān)閉。此時，Q2的消耗接近于零，Vcc通過D1向C1充電，為Q1再次開啟做準(zhǔn)備。同樣，可以看出IC2的HO為高電平，LO為低電平，Q3導(dǎo)通，Q4截止，Q3的漏極接近零電平。此時，Vcc通過D2向C3充電，為Q4再次開啟做準(zhǔn)備。通過電源Q3

34、到電機(jī)負(fù)極，通過整個DC電機(jī)，然后通過Q2到零電位，完成整個電路。此時，DC發(fā)動機(jī)反轉(zhuǎn)。因此，電樞上的工作電壓是一個雙極性的矩形脈沖波形。由于機(jī)械慣性，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和速度由矩形脈沖電壓的平均值決定。設(shè)PWM波的周期為t，HIN為高電平的時間為t1。如果這里忽略死區(qū)時間，那么林處于高電平的時間就是T-t1。HIN信號的占空比為d = t1/t，設(shè)電源電壓為V，則電樞電壓的平均值為:Vout= t1 - ( T - t1 ) V / T=(2 t1T)V/T=(2D1)V負(fù)載電壓系數(shù)定義為，= Vout/V，則= 2d1；當(dāng)t不變時，改變HIN為高電平時的時間t1也會改變占空比D，從而達(dá)到改變V

35、out的目的。d在0和1之間變化，所以在1之間變化。如果我們改變，那么我們就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正向無級調(diào)速。當(dāng)=0.5，Vout=0，電機(jī)轉(zhuǎn)速為0時；當(dāng)0.5 umax傳輸MOV A，#UiCJNE A，7AH，LOOP3UiUmin傳輸MOV 90H，7CH將用戶界面輸出到P1端口LOOP2:MOV A，7CH給用戶界面一個清除符號位SUBB A，#Umax雷蒂LOOP3:MOV A，7CH給用戶界面一個清除符號位SUBB A，#Umin雷蒂在:MOV 6FH，#IMOV A，6FH給我一個MOV B，7FH致ei bMUL ABPi=I*ei到aMOVR2；去R2碼頭雷蒂M(fèi)OV 6EH，#P清

36、除符號位MOV A，7FH致ei aSUBB A，7EHEi-ei-1呼叫aMOV 7EH，7FH至ei-1MOV灣，6EHMUL AB(ei-ei-1)*P到aMOV R3，A；至Pp R3雷蒂程序流程圖摘要本文介紹的DC電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)基于低成本的單片機(jī)AT89S51，通過單片機(jī)調(diào)節(jié)電機(jī)的方式有多種。采用PWM軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)速過程與其他方法如硬件調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速或軟硬件結(jié)合相比，優(yōu)點(diǎn)是靈活性更大，成本更低，能有效發(fā)揮單片機(jī)控制的優(yōu)勢和效率，為簡單調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了更有效的途徑。在軟件方面，采用PLD算法確定閉環(huán)控制的補(bǔ)償量，這與由數(shù)字電路構(gòu)成的DC電機(jī)閉環(huán)速度控制系統(tǒng)無法匹配。也有人嘗試過用單片

37、機(jī)直接產(chǎn)生PWM波形，但最終效果并不理想。使用少量硬件后，單片機(jī)壓力大大降低，程序中有足夠的時間進(jìn)行閉環(huán)控制的測量、控制和計(jì)算，使軟件運(yùn)行更加合理可靠。致謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)后，我感觸良多。在正式設(shè)計(jì)之前，我查閱了一些網(wǎng)上的資料，通過這些設(shè)計(jì)方案開發(fā)了自己的思路。終于，我有了自己的想法。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對以往所學(xué)單片機(jī)技術(shù)和運(yùn)動控制理論的檢驗(yàn)，更是對所學(xué)知識的一次大整合，從新的高度對新問題的新看法，對自己運(yùn)用所學(xué)知識能力的提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我意識到自己原來的知識還是比較欠缺的，要學(xué)的東西還是太多了。以前覺得自己什么都懂，什么都懂，就是有點(diǎn)自大。通過這次課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識到學(xué)習(xí)是一個長期積累的過

38、程。我應(yīng)該在以后的工作和生活中不斷學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)。本設(shè)計(jì)在硬件上采用了基于PWM技術(shù)的H型橋式驅(qū)動電路，解決了電機(jī)驅(qū)動的效率問題，在軟件上也采用了更合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和算法，提高了單片機(jī)的使用效率，更有效地控制電機(jī)。這一次，我深切地感受到，要注重理論知識，注重理論與實(shí)踐的結(jié)合。以前覺得理論知識離我們很遠(yuǎn)，理論只是一句空話。這才發(fā)現(xiàn)理論的重要性，以及理論知識與生活聯(lián)系的重要性。最后，我想感受一下老師對這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的大力支持，不僅讓我對知識有了更深的理解，也對我的設(shè)計(jì)思路和邏輯有了更深的影響，讓我知道了設(shè)計(jì)思路和邏輯的重要性，讓我受益匪淺。參考1易綱元。單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)M。:海淀區(qū)四季青印刷廠，2010年。2易綱。新型MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)。:技術(shù)大學(xué)，2003年。3義和王敏南許宏昌余。比如51單片機(jī)(C語言版)。:人民郵電，2009。4馬忠梅紀(jì)順新開馬琰。單片機(jī)c語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。:航空航天大學(xué)，2010年。5三星電子。S3C44BOX Risc微控制器ARM指令表. 2002。6郭天祥。51 C單片機(jī)語言教程，電子工業(yè)，2005年7月7丁。單片機(jī)原理及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)，2005年7月8婁然淼，廣。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指南:航空航天大學(xué)，2007。9林，。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/ t _pare