单片机AT9S直流电机PWM调速控制系统Word格式文档下载.docx
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当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。
根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。
图3.1直流电动机电路模型
直流电机PWM调速原理
<
1）直流电机转速
直流电机的数学模型可用图3.2表示，由图可见电机的电枢电动势Ea的正方向与电枢电流Ia的方向相反，Ea为反电动势；
电磁转矩T的正方向与转速n的方向相同，是拖动转矩；
轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n相反，是制动转矩。
图3.2直流电机的数学模型
根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式1.1：
U=Ea-Ia<
Ra+Rc）……………………………………………式1.1
式1.1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和；
Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。
由此可得到直流电机的转速公式为：
n=Ua-IR/CeΦ……………………………………………式1.2
式1.2中，Ce为电动势常数，Φ是磁通量。
由1.1式和1.2式得
n=Ea/CeΦ………………………………………………式1.3
由式1.3中可以看出，对于一个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转矩恒定时，它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定，电枢电压越高，电机转速就越快，电枢电压降低到0V时，电机就停止转动；
改变电枢电压的极性，电机就反转。
2）PWM电机调速原理
对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压脉动电流压<
要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数），可以看出，在T不变的情况下，改变T1和T2宽度，得到的电压将发生变化。
图3.3为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。
图3.3占空比与电机转速的关系
由图看出转速与占空比D并不是完全速的线性关系<
图中实线），原因是电枢本身有电阻，不过一般直流电机的内阻较小，可以近视为线性关系。
由此可见，改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成，这就是直流电机PWM调速原理。
1.2本设计任务:
任务:
单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统
设计的主要内容以及技术参数:
功能主要包括：
1）直流电机的正转；
2）直流电机的反转；
3）直流电机的加速；
4）直流电机的减速；
5）直流电机的转速在数码管上显示；
6）直流电机的启动；
7）直流电机的停止；
第二章：
总体设计方案
总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。
键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。
电动机的运转状态通过数码管显示出来。
电动机所处速度级以速度档级数显示。
正转时最高位显示“三”，其它三位为电机转速；
反转时最高位显示“F”，其它三位为电机转速。
每次电动机启动后开始显示，停止时数码管显示出“0000”。
1、系统的硬件电路设计与分析
电动机PWM驱动模块的电路设计与实现具体电路见下图。
本电路采用的是基于PWM原理的H型桥式驱动电路。
PWM电路由复合体管组成H型桥式电路构成，四部分晶体管以对角组合分为两组：
根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。
4个二极管在电路中起防止晶体管产生反向电压的保护作用，防止电动机两端的电流和晶体管上的电流过大的保护作用。
在实验中的控制系统电压统一为5v电源，因此若复合管基极由控制系统直接控制，则控制电压最高为5V，再加上三极管本身压降，加到电动机两端的电压就只有4V左右，严重减弱了电动机的驱动力。
基于上述考虑，我们运用了TLP521-2光耦集成块，将控制部分与电动机的驱动部分隔离开来。
输入端各通过一个三极管增大光耦的驱动电流；
电动机驱动部分通过外接12V电源驱动。
这样不仅增加了各系统模块之间的隔离度，也使驱动电流得到了大大的增强。
在电动机驱动信号方面，我们采用了占空比可调的周期矩形信号控制。
脉冲频率对电动机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带带负载能力差脉冲频率低则反之。
经实验发现，当电动机转动平稳，但加负载后，速度下降明显，低速时甚至会停转；
脉冲频率在10Hz以下，电动机转动有明显跳动现象。
而具体采用的频率可根据个别电动机性能在此范围内调节。
通过P10输入高电平信号，P11输入低电平，电机正转；
通过P10输入低电平信号，P11输入高电平，电机反转；
P10、P11同时为高电平或低电平时，电机不转。
通过对信号占空比的调整来对电机转速进行调节。
2、系统的软件设计
本系统编程部分工作采用KELI-C51语言完成，采用模块化的设计方法，与各子程序做为实现各部分功能和过程的入口，完成键盘输入、按键识别和功能、PWM脉宽控制和数码管显示等部分的设计。
单片机资源分配如下表：
P0
显示模块接口
键盘中断
P1
键盘模块接口
P1.0/P1.1
PWM电机驱动接口
系统时钟
①PWM脉宽控制：
本设计中采用软件延时方式对脉冲宽度进行控制，延时程序函数如下：
/*****************延时函数*************************/
delays（>
{
uchari。
for（i=5000。
i>
0。
i-->
。
}
②键盘中断处理子程序：
采用中断方式，按下键，完成延时去抖动、键码识别、按键功能执行。
要实现按住加/减速键不放时恒加或恒减速直到放开停止，就需在判断是否松开该按键时，每进行一次增加/减少一定的占空比。
③显示子程序：
利用数组方式定义显示缓存区，缓存区有8位，分别存放各个数码管要显示的值。
④定时中断处理程序：
采用定时方式1，因为单片机使用12M晶振，可产生最高约为65.5ms的延时。
对定时器置初值B1E0H可定时20ms，即系统时钟精度可达0.02s。
当20ms定时时间到，定时器溢出则响应该定时中断处理程序，完成对定时器的再次赋值，并对全局变量time加1，这样，通过变量time可计算出系统的运行时间。
3、软件设计中的特点:
对于电机的启停，在PWM控制上使用渐变的脉宽调整，即开启后由停止匀加速到默认速度，停止则因为当前速度逐渐降至零。
这样有利于保护电机。
键盘处理上采用中断方式，不必使程序对键盘反复扫描，提高了程序的效率。
第三章：
系统硬件电路设计
整体框图如下：
第四章：
系统功能调试
仿真整体图如下：
直流电机的调试功能仿真如下图：
1、正转时，电机正转，数码管最高位显示“三”,其它三位先所给定频率，如下图：
2、反转时，电机反转，数码管最高位显示“F”,其它三位先所给定频率，
第五章：
程序
见附件1
见附件2
第六章：
元件清单
见附件3
第七章：
心得体会
略
附件1
/***************基于单片机AT89C51的直流电机PWM调速控制系统*************/
#include<
reg51.h>
absacc.h>
#include<
intrins.h>
/**************************/
/********自定义变量********/
#defineuintunsignedint//自定义变量
#defineucharunsignedchar
chargw,sw,bw,qw。
ucharj。
//定时次数，每次20ms
ucharf=5。
//计数的次数
sbitP10=P1^0。
//PWM输出波形1
sbitP11=P1^1。
//PWM输出波形2
sbitP12=P1^2。
//正反转
sbitP13=P1^3。
//加速
sbitP14=P1^4。
//减速
sbitP15=P1^5。
//停止
sbitP16=P1^6。
//启动
uchark。
uchart。
//脉冲加减
/**************************/*
/*********控制位定义********************/
ucharcodesmg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71}。
//程序存储区定义字型码表
chardataled[4]={0x08,0x04,0x02,0x01}。
//位码
uintx。
//数码管显示的数值
display（>
//数码管显示
//延时函数
key（>
displays（>
/*****************************************/
/***************主函数********************/
main（void>
{
TMOD=0x51。
//T0方式1定时计数T1方式1计数
TH0=0xb1。
//装入初值20MS
TL0=0xe0。
TH1=0x00。
//计数567
TL1=0x00。
TR0=1。
//启动t0
TR1=1。
//启动t1
gw=sw=bw=qw=0。
//数码管初始化
P0=0xc0。
P2=1。
while（1>
//无限循环
{
display（>
//数码管显示
key（>
}
/***************数码管显示****************/
gw=x%10。
//求速度个位值，送到个位显示缓冲区
sw=（x/10>
%10。
//求速度十位值，送到十位显示缓冲区
bw=（x/100>
//求速度百位值，送到百位显示缓冲区
qw=x/1000。
//求速度千位值，送到千位显示缓冲区
for（i=0。
i<
4。
>
{
P2=led[i]。
if（i==0>
//显示个位
P0=smg[gw]。
delays（>
elseif（i==1>
//显示十位
{
P0=smg[sw]。
}
elseif（i==2>
//显示百位
{
P0=smg[bw]。
delays（>
}
elseif（i==3>
//显示千位
if（k==0>
//正转时显示"
三"
P0=0x49。
delays（>
else
P0=0x71。
//反转时显示"
F"
}
}
i++。
}
/*******************************************************/
/************************************************/
/*********t0定时*中断函数*************/
voidt0（>
interrupt1using2
//重装t0
f--。
if（k==0>
if（f<
t>
P10=1。
else
P10=0。
P11=0。
else
P11=1。
if（f==0>
f=5。
}
j++。
if（j==50>
j=0。
x=TH1*256+TL1。
//t1方式1计数，读入计数值
x++。
display（>
/****************按键扫描**************/
if（P12==0>
//如果按下，
while（!
P12>
//去抖动
k=~k。
}
if（P16==0>
while（P16==0>
IE=0x8a。
if（P13==0>
//加速
while（P13==0>
t++。
if（t>
=5>
t=5。
if（P14==0>
//减速
while（P14==0>
t--。
if（t<
1>
t=1。
if（P15==0>
//停止
while（P15==0>
EA=0。
P10=0。
P11=0。
}
/******************************************************/
附件2：
元件
数量<
个）
光电耦合器：
TLP521-2
1
三极管8550
4
按键
5
三极管8050
自锁按键
1N4007
At89s52
四位一体数码管
12M晶振
电容104
Led
直流电机
电阻1K
3
电容22P
2
电阻10K
电解电容47P/16V
74LS04
下载口
参考文献
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[8]康华光.电子技术基础数字部分[M].高等教育出版社.2004年.
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