直流电机调速系统.docx

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直流电机调速系统

课程设计

设计题目：

直流电动机调速系统

学院：

机电汽车工程学院

专业：

测控技术

班级：

组员：

指导教师：

姓名：

学号：

一、摘要

二、课程设计要求

三、直流电动机调速概述

（一）直流电机结构

（二）直流电机工作原理

（三）直流电机PWM调速原理

四、课程设计思路简介

五、整体电路设计

（一）单片机芯片

（二）直流电动机驱动电路的设计

（三）复位与晶振电路

（四）正反转操纵电路设计

（五）PWM脉冲操纵电路设计

六、软件设计

（一）硬件的分派如下表所示

（二）软件流程如以下图所示

（三）整体程序

七、整体电路图和单片机输出的PWM脉冲波形图

一、摘要

本文要紧研究了利用MCS-51系列单片机操纵PWM信号从而实现对直流电机转速进行操纵的方式。

文章中采纳了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，而且对PWM信号的原理、产生方式和如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调剂，从而操纵其输入信号波形等均作了详细的论述。

另外，本文中还采纳了芯片L298作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，而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操纵。

另外，本文利用proteus仿真软件对所设计的电路进行仿真分析，发觉和解决问题并实现功能。

同时利用keil软件进行汇编语言编程设计。

关键词：

PWMX信号、直流电机驱动、proteus、keil

二、课程设计要求

本设计一MCS-51系列单片机为核心，采纳经常使用电子器件设计，一个启动开关一个停止开关，一个正向开关，一个反向开关，八位拨码开关负责设置占空比进行脉冲宽度调制，可实现电动机的正转、反转、刹车、滑行，四种状态，并可依照占空比调剂转速。

三、直流电动机调速概述

（一）直流电机结构

直流电机由定子和转子两部份组成。

在定子上装有磁极，转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向片和电刷引出，直流电机结构如以下图所示

（二）直流电机工作原理

由上图可知，磁极N、S间装着一个能够转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面固定线圈abcd。

当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，产生旋转。

依照左手定那么可知，当流过线圈中的电流方向改变时，线圈受力的方向也改变，因此通过改变线圈电流的方向实现改变电机的方向。

（三）直流电机PWM调速原理

关于直流电机来讲，若是加在电枢两头的电压为右图所示的脉动电压，能够看出，在T不变的

情形下，改变

和

宽度，电压将发生转变。

下面对这一转变作进一步的推导。

设电机接全电压U时，其转速最大为

。

假设施加到电枢两头的脉动电压占空比为D=

/T,那么电枢的平均电压为

=

则

以下图为施加不同的占空比时测的的转速与占空比的关系图

四、课程设计思路简介

⑴选用ATMEL公司89C51单片机，它具有16KB的内部ROM,2个按时器/计数器，2个外部中断。

⑵通过外部中断来读取操纵按钮的的动作。

⑶通过L298驱动芯片来实现电机的驱动。

⑷通过PWM技术来操纵电动机速度的操纵。

五、整体电路设计

（一）单片机芯片

本设计选择AT89C51单片机芯片实现

89C51是MCS-51系列单片机中的一个子系列，是一族高性能兼容型单片机。

其内部资源分派和性能如下；8位CPU；寻址能力2X64K；4KB的内部ROM和128B内部RAM；四个8位I/O接口电路；一个串行全双工异步接口；五个中断源和两个中断优先级；采纳CMOS工艺电流小，低功耗。

80C51各引脚要紧功能简介：

（1）Vss（20脚）:

接地

（2）VCC（40脚）:

主电源+5V

（3）XTAL1（19脚）:

接外部晶体的一端。

在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。

在采纳外部时钟时，关于HMOS单片机，该端引脚必需接地；关于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。

XTAL2（18脚）:

接外部晶体的另一端。

在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。

假设需采纳外部时钟电路，关于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；关于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。

（4）RST（9脚）:

单片机刚接上电源时，其内部各寄放器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位（RESET）

（5）PSEN（29脚）:

在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。

CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。

只是，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不显现。

PSEN端一样可驱动8个LSTTL负载。

咱们依照PSEN、ALE和XTAL2输出端是不是有信号输出，能够判别80C51是不是在工作。

（6）ALE/PROG（30脚）:

地址锁存许诺/编程线。

51系列单片机为了减少外部引脚的数量，采纳了地址/数据总线复用技术，ALE信号为振荡器频率的1/6,在访问片外存储器时，ALE信号输出的脉冲下降沿用于锁存p0口输出的低八位地址线，与p2口结合形成16位地址总线；在不访问外部存储器时，该引脚仍以不变的频率周期性的输出脉冲信号，能够用作对外输出的时钟或按时的目的。

但要注意在访问外部数据存储器期间，将跳空一个ALE脉冲，现在不宜作为时钟输出。

（7）EA/VPP（31脚）:

当EA端输入高电平常，CPU从片内程序存储器地址0000单元开始执行程序。

本地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。

当EA输入低电平常，CPU仅访问片外程序存储器。

在对87C51EPROM编程时，此引脚用于施加编程电压VPP。

（8）输入/输出引脚：

1）—（39脚—32脚）

2）—（01脚—08脚）

3）—（26脚—21脚）

4）—（10脚—17脚）

（单片机内部组成）（单片机引脚图）

（二）直流电动机驱动电路的设计

一、利用L298芯片驱动电动机电路

（L298芯片驱动电机电路）

L298双H桥直流电机驱动板能够驱动两台直流电动机，使能端ENA、ENB为高电平常有效，假设要对直流电动机进行PWM调速，需要设置IN一、IN2，确信电动机的转动方向，然后对使能端输出PWM脉冲，即可实现调速，操纵方式及直流电机状态如下表所示：

（图L298N逻辑图）

（图L298N内部逻辑图）

L298引脚符号及功能：

SENSA、SENSB：

别离为两个H桥的电流反

馈脚，不历时能够直接接地

ENA、ENB：

使能端，输入PWM信号

IN一、IN二、IN3、IN4：

输入端，TTL逻辑

电平信号

OUT一、OUT二、OUT3、OUT4：

输出端，

与对应输入端同逻辑

VCC：

逻辑操纵电源，~7V

GND:

接地

VSS：

电机驱动电源，最小值需比输入的低

电平电压高

二、利用L6203芯片驱动电动机

（L6203芯片内部原理图）

假设要利用L6203驱动直流电动机，需加放大电路，续流电路，考虑到电路实现方面的简便性，咱们选择利用L298芯片进行驱动。

（L6203驱动电机电路图）

（三）复位与晶振电路

（复位电路设计）（晶振电路设计）

XTAL1和XTAL2的两头用来连接石英晶体和外接电容，即用来连接片内OSC的按时反馈回路。

石英起振后应能在XTAL2线上输入一个3V左右的正弦波，以便使ＭＣＳ－５１片内的ＯＳＣ电路按石英晶振相同频率自激振荡。

（四）正反转操纵电路设计

依照课题要求，一个启动开关、一个停止开关、一个正向开关、一个反向开关，可实现电动机的正转、反转、刹车、滑行，四种状态，在设计进程中，考虑到要利用单片机实现功能，咱们设计了开关与单片机的接口电路具体电路如以下图所示。

（正反转操纵电路设计）

本电路利用一般按键开关，辅以74ls09与门芯片实现正反转操纵。

74ls09芯片如下介绍。

四2输入与门（OC），09为集电集开路输出的四组2输入端与门（正逻辑）。

（图74ls09逻辑图）

（五）PWM脉冲操纵电路设计

（PWM脉冲操纵电路）

电路如下图，为八位开关，操纵P0口高低电平，由单片机读取后操纵输出PWM波的占空比，从而能够操纵电动机的速度。

六、软件设计

（一）硬件的分派如下表所示

名称

功能描述

控制开关输入

电机控制开关输入

外部中断INT0

电机控制开关有输入指示

PWM波输出

控制电机驱动芯片输出

（二）软件流程如以下图所示

（三）整体程序

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0003H；判定中断状态

LJMPINT00

ORG000BH；判定按时器0中断状态

LJMPIT00

MAIN:

MOVSP,#60H；初始指定一个堆栈地址

MOVTMOD,#01H；确信按时中断方式

MOVTH0,#0FFH；置初值

MOVTL0,#0FFH

CLR；初始化

CLR

CLR

CLRIT0；低电平触发

CLRC；清零标志位

SETBEA；开总开关

SETBEX0；开外部中断开关

SETBET0；开按时中断开关

SETBTR0；按时中断开启

SJMP$；等待中断

INT00:

CLREX0

MOVP2,#0FFH；读P2口状态

MOVA,P2

JNB,SC1；跳转到刹车子程序

JNB,ZZ1；跳转到正转子程序

JNB,FZ1；跳转到反转子程序

JNB,TZ1；跳转到停止子程序

SETBEX0

RETI

SC1:

LCALLTTS；软件延时去抖

LCALLTTS

JNB,SC

RETI

SC:

SETB；操纵L298刹车

SETB

LCALLTTS

LCALLTTS

LCALLTTS

SETBEX0

RETI

ZZ1:

LCALLTTS；软件延时去抖

LCALLTTS

JNB,ZZ

RETI

ZZ:

SETB；操纵L298正转

CLR

LCALLTTS

LCALLTTS

LCALLTTS

SETBEX0

RETI

FZ1:

LCALLTTS；软件延时去抖

LCALLTTS

JNB,FZ

RETI

FZ:

CLR；操纵电动机反转

SETB

LCALLTTS

LCALLTTS

LCALLTTS

SETBEX0

RETI

TZ1:

LCALLTTS；软件延时去抖

LCALLTTS

JNB,TZ

RETI

TZ:

CLR；操纵电动机停止

CLR

LCALLTTS

LCALLTTS

LCALLTTS

SETBEX0

RETI

IT00:

MOVP0,#0FFH；扫描P0口操纵PWM波开关状态

MOVA,P0

MOVR0,A；将P0口状态放入R0

CPL；操纵PWM波程序

JB,Y1

MOVTH0,R0

RETI

Y1:

MOVA,P0

MOVR0,A

MOVA,#0FFH

SUBBA,R0

MOVTH0,A

RETI

TTS:

MOVR3,#0E0H；延时子程序

TT1S:

MOVR4,#30H

TT0S:

DJNZR4,TT0S

DJNZR3,TT1S

RET

END

七、整体电路图和单片机输出的PWM脉冲