基于单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计.docx
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基于单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计
基于单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计
摘要
本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。
文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。
此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。
另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。
在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。
关键词：
PWM信号测速发电机PI运算
TheDesignofDirectCurrentMotorspeedRegulation SystemBasedOn
SCM
Abstract
ThisarticlemainlyintroducesthemethodtogeneratethePWMsignalbyusingMCS-51single-chipcomputertocontrolthespeedofaD.C.motor.ItalsoclarifiestheprinciplesofPWMandthewaytoadjustthedutycycleofPWMsignal.Inaddition,IR2110hasbeenusedasanactuatingdeviceofthepoweramplifiercircuitwhichcontrolsthespeedofrotationofD.C.motor.What’smore,tachogeneratorisusedinthissystemtomeasurethespeedofD.C.motor.TheresultofthemeasurementissenttoA/Dconverterafterpassingthefilteringcircuit,andfinallythefeedbacksingleisstoredinthesingle-chipcomputerandparticipatesinaPIcalculation.Asforthesoftware,thisarticleintroducesindetailtheideaoftheprogrammingandhowtomakeit.
Keywords:
PWMsignal，tachogenerator，PIcalculation
1.系统硬件电路的设计………………………………………………………1
1.1系统总体设计框图及单片机系统的设计…………………………………1
1.1.1系统总体设计框图……………………………………………………1
1.1.28051单片机简介………………………………………………………1
1.1.3单片机系统中所用其他芯片简介……………………………………3
1.1.48051单片机扩展电路及分析…………………………………………5
1.2PWM信号发生电路设计……………………………………………………8
1.2.1PWM的基本原理…………………………………………………………8
1.2.2PWM信号发生电路设计…………………………………………………8
1.2.3PWM发生电路主要芯片的工作原理……………………………………10
1.3功率放大驱动电路设计……………………………………………………12
1.3.1芯片IR2110性能及特点………………………………………………12
1.3.2芯片IR2110引脚图及功能……………………………………………12
1.4主电路设计…………………………………………………………………15
1.4.1延时保护电路…………………………………………………………15
1.4.2主电路…………………………………………………………………15
1.4.3输出电压波形…………………………………………………………17
1.5测速发电机………………………………………………………………17
1.6滤波电路…………………………………………………………………17
1.7A/D转换…………………………………………………………………18
1.7.1芯片ADC0809介绍………………………………………………………18
1.7.2ADC0809的引脚及其功能……………………………………………18
2.直流调速系统…………………………………………………………………20
2.1直流调速系统概述…………………………………………………………20
2.2单闭环直流调速系统………………………………………………………20
2.3开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较……………………………22
3.系统软件程序的设计…………………………………………………………25
3.1PI转速调节器原理图及参数计算………………………………………25
3.2系统中部分程序的设计……………………………………………………25
3.2.1单片机资源分配………………………………………………………25
3.2.2程序流程图……………………………………………………………28
总结……………………………………………………………………………30
致谢……………………………………………………………………………31
参考文献
1.系统硬件电路的设计
1.1系统总体设计框图及单片机系统的设计
1.1.1系统总体设计框图
图1.1系统总体设计框图
1.1.28051单片机简介
1.8051单片机的基本组成
8051单片机由CPU和8个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。
其基本组成如下图所示：
图1.28051单片机基本组成
2.CPU及8个部件的作用功能介绍如下
中央处理器CPU：
它是单片机的核心，完成运算和控制功能。
内部数据存储器：
8051芯片中共有256个RAM单元，能作为存储器使用的只是前128个单元，其地址为00H—7FH。
通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元，简称内部RAM。
特殊功能寄存器：
是用来对片内各部件进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的RAM区，位于内部RAM的高128个单元，其地址为80H—FFH。
内部程序存储器：
8051芯片内部共有4K个单元，用于存储程序、原始数据或表格，简称内部ROM。
并行I/O口：
8051芯片内部有4个8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以实现数据的并行输入输出。
串行口：
它是用来实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。
定时器：
8051片内有2个16位的定时器，用来实现定时或者计数功能，并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。
中断控制系统：
该芯片共有5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个和串行中断1个。
振荡电路：
它外接石英晶体和微调电容即可构成8051单片机产生时钟脉冲序列的时钟电路。
系统允许的最高晶振频率为12MHz。
3.8051单片机引脚图
图1.38051单片机引脚图
1.1.3单片机系统中所用其他芯片简介
1.地址锁存器74LS373
74LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器。
其结构如下图所示：
图1.474LS373片内三态门的D锁存器
当使能端G呈高电平时，锁存器中的内容可以更新，而在返回低电平的瞬间实现锁存。
如果此时芯片的输出控制端为低，也即是输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可以通过三态门输出。
以下是其引脚图：
图1.574LS37引脚图
2.程序存储器27128
（1）芯片引脚
图1.6程序存储器27128引脚图
（2）功能表
引脚
工作方式
（片选）
（允许输出）
VPP
（编程控制）
输出
读
L
L
VCC
H
数据输出
维持
H
*
VCC
*
高阻
编程
L
H
VPP
L
数据输入
编程校验
L
L
VPP
H
数据输出
编程禁止
H
*
VPP
*
高阻
表1.1功能表
3．数据存储器6264
（1）芯片引脚
图1.7数据存储器6264芯片引脚
（2）芯片功能表
引脚
工作方式
I/O0—I/O7
未选中
H
*
*
*
高阻
未选中
*
L
*
*
高阻
输出禁止
L
H
H
H
高阻
读
L
H
L
H
数据输出
写
L
H
H
L
数据输入
写
L
H
L
L
数据输入
表1.2芯片功能表
1.1.48051单片机扩展电路及分析
图1.88051单片机扩展电路
接线分析
P0.7---P0.0：
这8个引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。
第一种情况是8051不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O口使用，P0.7---P0.0用于传送CPU的I/O数据。
第二种情况是8051带片外存储器，P0.7---P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。
P2.7---P2.0：
这组引脚的第一功能可以作为通用的I/O使用。
它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但是并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。
P3.7---P3.0：
这组引脚的第一功能为传送用户的输入/输出数据。
它的第二功能作为控制用，每个引脚不尽相同，如下表所示：
P3口的位
第二功能
注释
P3.0
RXD
串行数据接收口
P3.1
TXD
串行数据发送口
P3.2
外中断0输入
P3.3
外中断1输入
P3.4
T0
计数器0计数输入
P3.5
T1
计数器1计数输入
P3.6
外部RAM写选通信号
P3.7
外部RAM读选通信号
表1.3P3口功能表
VCC为+5V电源线，VSS为接地线。
ALE/：
地址锁存允许/编程线，配合P0口引脚的第二功能使用，在访问片外存储器时，8051CPU在P0.7---P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/线上输出一个高电位脉冲，其下降沿用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7---P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器的读写数据。
在不访问片外存储器时，8051自动在ALE/线上输出频率为1/6fOSC的脉冲序列。
该脉冲序列可以用作外部时钟源或者作为定时脉冲源使用。
/VPP：
允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制8051使用片内ROM还是片外ROM。
如果=1，那么允许使用片内ROM；如果=0，那么允许使
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