单片机控制直流电机.docx

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单片机控制直流电机

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单片机控制直流电机

摘要

随着时代的进步和科技的发展，电机调速系统在工农业生产、交通运输以及日常伤害中起着越来越重要的作用、由于直流电机剧院良好的起、制动性能，宜与在广泛范围内平滑调速。

在轧钢机、矿井卷机，挖掘机、金属切削机床、金属切削机床、造纸机高层电梯等领域中得到广泛应用。

长期以来，由于直流调速系统的性能指标优于交流调速系统。

PWM控制技术就是以该结论为理论基础，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。

按一定的规则对各种脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压大小，也可以改变输出频率。

PWM控制技术及其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。

由于必须在工作期间改变直流电机的速度，直流电机的控制是一个较困难的问题。

直流电机高效运行的最常见方法是施加一个PWM（脉宽调制）方波，其占空比对应于所需速度。

电机起到一个低通滤波器作用，将PWM信号转换为有效直流电平。

特别是对于微处理器驱动的直流电机，由于PWM信号相对容易产生，这种驱动方式使用的更为广泛。

设计要求

采用单片机设计一个控制直流电机并测量转速的装置。

单片机扩展有A/D转换芯片ADC0809和D/A转换芯片DAC0832。

（1）通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电机的转速。

（2）手动控制。

在键盘上设置两个按键—直流电动机加速键和直流电机减速键。

在手动状态下，每按一次键，电机的转速按照约定的速率改变。

（3）键盘列扫描（4 ⨯ 6）。

实验原理

与步进电机类似，直流电机也可精确地控制旋转速度或转矩。

直流电机是通过两个磁场的互作用产生旋转。

其结构如下页图所示，固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。

定子与转子之间有一气隙。

在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。

直流电机的速度与施加的电压成正比，输出转矩则与电流成正比。

由于必须在工作期间改变直流电机的速度，直流电机的控制是一个较困难的问题。

直流电机高效运行的最常见方法是施加一个PWM（脉宽调制）方波，其占空比对应于所需速度。

电机起到一个低通滤波器作用，将PWM信号转换为有效直流电平。

特别是对于微处理器驱动的直流电机，由于PWM信号相对容易产生，这种驱动方式使用的更为广泛。

利用直流电机的速度与施加电压成正比的原理，通过滑动变阻器向ADC0809输入控制电压信号，经AD后，输入到AT89C51中，AT89C51将此信号转发给DAC0832，通过功放电路放大后，驱动直流电机。

设计方案

1.系统控制电路

采用STC89C52单片机由软件产生脉冲调制信号，来对直流电机进行控制。

2.电机控制电路

采用由三极管搭成的H型桥电路来控制电机的转动。

3.键盘电路

采用行式键盘实现电机转速的加速减速以及正反转的控制，在手动状态下，每按一次，其转速相应发生改变。

4.显示电路

采用LM016L对电机运动状态进行显示。

系统组成框图

系统总组成框图以STC89C52为主控芯片，采用桥式电路对直流电机驱动，如下所示：

硬件电路设计

1.键盘控制电路

按下DEC按钮，电机转速降低；按下INC按钮，电机转速增加。

2.单片机主控电路图

该部分电路主要由STC89C52主控芯片和晶振组成。

STC89C52芯片是低功耗8位CMOS微处理器，提供串口程序下载口。

它主要有以下几个特点：

256字节的RAM；4KB的ROM；32个通用I/O口线，为用户提供了丰富的I/O口资源；32个通用工作寄存器；2个定时器/计数器；具有6个中断源；4.0~5.5V的工作电压等。

晶振给单片机正常工作提供稳定的信号。

3.H型桥式电机驱动电路

H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。

要使电机运转，只须导通对角线上的一对三极管。

在此设计中用到的完整的驱动电路如下：

主控程序

程序流程

总仿真电路图

程序清单

1.主程序

#include"AT89X51.h"

#include

#include

#include"led.h"

#include"uart.h"

#include"timer0.h"

#include"timer1.h"

#include"common.h"

#include"ADC0831.h"

#include"lcd1602.h"

#include"keyboard.h"

#include"ISR.h"

#include"DaType_Change.h"

#defineDcMotor_Direction_P

uChar8code*String1="DCMotorControl";

uChar8code*String2="pwm:

/100";

uChar8PWM_buff[3];

voidmain（void）

{

LCD_Init（）;

timer0_Init（）;

timer1_Init（）;

#ifdefDcMotor_Direction_P

Der1=0;

#elseDer1=1;

#endif

LED_Run_EN（）;

WrStrLCD（0,0,String1）;

WrStrLCD（1,0,String2）;

while

（1）

{

key_Process（）;//按键处理子程序

Char_To_Str（PWM_duty,&PWM_buff[0]）;//液晶显示子程序

WrStrLCD（1,4,&PWM_buff[0]）;

}

}

2.子程序

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

#include

unsignedcharvalue_converted=0x00;

unsignedcharvalue_AN6=0x00;

unsignedcharvalue_AN7=0x00;

bitend_of_convertion=0;

voidADC_Config（void）

{

ADCF=0xC0;

ADCLK=0x06;

ADCON=0x20;

EA=1;

EADC=1;

while

（1）

{

ADCON&=~0x07;

ADCON|=0x06;

ADCON&=~0x40;

ADCON|=0x08;

while（!

end_of_convertion）;

end_of_convertion=0;

value_AN6=value_converted;

ADCON&=~0x07;

ADCON|=0x07;

ADCON&=~0x40;

ADCON|=0x08;

while（!

end_of_convertion）;

end_of_convertion=0;

value_AN7=value_converted;

}

}

voidit_Adc（void）interrupt8

{

ADCON&=~0x10;

value_converted=ADDH;

end_of_convertion=1;

}

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

#include"adc0831.h"

voidADC_CLK（void）

{

adcclk=1;

_nop_（）;

adcclk=0;

_nop_（）;

}

uChar8Read_ADC（void）

{

uChar8i;

bittemp=ADC_Val^0;

adccs=0;

ADC_CLK（）;

while（adcdo）;

for（i=0;i<8;i++）

{

ADC_CLK（）;

ADC_Val=（ADC_Val<<1）|adcdo;

}

adccs=1;

return（ADC_Val）;

}

voidIntToStr（uInt16t,uChar8*str,uChar8n）

{

uChar8a[5];

chari,j;

a[0]=（t/10000）%10;//取得整数值到数组

a[1]=（t/1000）%10;

a[2]=（t/100）%10;

a[3]=（t/10）%10;

a[4]=（t/1）%10;

for（i=0;i<5;i++）//转成ASCII码

a[i]=a[i]+'0';

for（i=0;a[i]=='0'&&i<=3;i++）;//计算空格（0）数量

for（j=5-n;j

{*str='';str++;}

for（;i<5;i++）

{*str=a[i];str++;}//加入有效的数字

*str='\0';

}

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………......

#include"beep.h"

sbitbeep=P1^4;

voidBeepRing（void）

{

beep=0;

DelayMS（100）;

beep=1;

DelayMS（100）;

}

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

#include"DaType_Change.h"

voidChar_To_Str（uChar8Data,uChar8*str）

{

uChar8a[4];

uChar8i,j;

a[0]=（Data/100）%10;

a[1]=（Data/10）%10;

a[2]=（Data/1）%10;

for（i=0;i<3;i++）//转成ASCII码

a[i]=a[i]+'0';

for（i=0;a[i]=='0'&&i<3;i++）;

for（j=0;j

{*str='';str++;}

for（;i<3;i++）

{*str=a[i];str++;}//加入有效的数字

*str='\0';

}

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

#include"