基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统.docx
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基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统
第一章:
前言
1.1前言：
直流電機的定義：
將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發電機）的旋轉電機。
近年來，隨著科技的進步，直流電機得到了越來越廣泛的應用，直流具有優良的調速特性，調速平滑，方便，調速範圍廣，超載能力強，能承受頻繁的衝擊負載，可實現頻繁的無極快速起動、制動和反轉，需要滿足生產過程自動化系統各種不同的特殊要求，從而對直流電機提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調速、改變電壓調速等技術已遠遠不能滿足現代科技的要求，這是通過PWM方式控制直流電機調速的方法就應運而生。
採取傳統的調速系統主要有以下的缺陷：
模擬電路容易隨時間飄移，會產生一些不必要的熱損耗，以及對雜訊敏感等。
而用PWM技術後，避免上述的缺點，實現了數字式控制模擬信號，可以大幅度減低成本和功耗。
並且PWM調速系統開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得平滑的直流電流，低速特性好；同時，開關頻率高，快回應特性好，動態抗干擾能力強，可獲很寬的頻帶；開關元件只需工作在開關狀態，主電路損耗小，裝置的效率高，具有節約空間、經濟好等特點。
隨著我國經濟和文化事業的發展，在很多場合，都要求有直流電機PWM調速系統來進行調速，諸如汽車行業中的各種風扇、刮水器、噴水泵、熄火器、反視鏡、賓館中的自動門、自動門鎖、自動窗簾、自動給水系統、柔巾機、導彈、火炮、人造衛星、太空船、艦艇、飛機、坦克、火箭、雷達、戰車等場合。
1.2本設計任務:
任務:
單片機為控制核心的直流電機PWM調速控制系統
設計的主要內容以及技術參數:
功能主要包括：
1）直流電機的正轉；
2）直流電機的反轉；
3）直流電機的加速；
4）直流電機的減速；
5）直流電機的轉速在數碼管上顯示；
6）直流電機的啟動；
7）直流電機的停止；
第二章：
總體設計方案
總體設計方案的硬體部分詳細框圖如圖一所示。
鍵盤向單片機輸入相應控制指令，由單片機通過P1.0與P1.1其中一口輸出與轉速相應的PWM脈衝，另一口輸出低電平，經過信號放大、光耦傳遞，驅動H型橋式電動機控制電路，實現電動機轉向與轉速的控制。
電動機的運轉狀態通過數碼管顯示出來。
電動機所處速度級以速度檔級數顯示。
正轉時最高位顯示“三”，其他三位為電機轉速；反轉時最高位顯示“F”，其他三位為電機轉速。
每次電動機啟動後開始顯示，停止時數碼管顯示出“0000”。
1、系統的硬體電路設計與分析
電動機PWM驅動模組的電路設計與實現具體電路見下圖。
本電路採用的是基於PWM原理的H型橋式驅動電路。
PWM電路由複合體管組成H型橋式電路構成，四部分電晶體以對角組合分為兩組：
根據兩個輸入端的高低電平決定電晶體的導通和截止。
4個二極體在電路中起防止電晶體產生反向電壓的保護作用，防止電動機兩端的電流和電晶體上的電流過大的保護作用。
在實驗中的控制系統電壓統一為5v電源，因此若複合管基極由控制系統直接控制，則控制電壓最高為5V，再加上三極管本身壓降，加到電動機兩端的電壓就只有4V左右，嚴重減弱了電動機的驅動力。
基於上述考慮，我們運用了TLP521-2光耦集成塊，將控制部分與電動機的驅動部分隔離開來。
輸入端各通過一個三極管增大光耦的驅動電流；電動機驅動部分通過外接12V電源驅動。
這樣不僅增加了各系統模組之間的隔離度，也使驅動電流得到了大大的增強。
在電動機驅動信號方面，我們採用了占空比可調的週期矩形信號控制。
脈衝頻率對電動機轉速有影響，脈衝頻率高連續性好，但帶帶負載能力差脈衝頻率低則反之。
經實驗發現，當電動機轉動平穩，但加負載後，速度下降明顯，低速時甚至會停轉；脈衝頻率在10Hz以下，電動機轉動有明顯跳動現象。
而具體採用的頻率可根據個別電動機性能在此範圍內調節。
通過P10輸入高電平信號，P11輸入低電平，電機正轉；通過P10輸入低電平信號，P11輸入高電平，電機反轉；P10、P11同時為高電平或低電平時，電機不轉。
通過對信號占空比的調整來對電機轉速進行調節。
2、系統的軟體設計
本系統編程部分工作採用KELI-C51語言完成，採用模組化的設計方法，與各副程式做為實現各部分功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識別和功能、PWM脈寬控制和數碼管顯示等部分的設計。
單片機資源分配如下表：
P0
顯示模組介面
鍵盤中斷
P1
鍵盤模組介面
P1.0/P1.1
PWM電機驅動介面
系統時鐘
①PWM脈寬控制：
本設計中採用軟體延時方式對脈衝寬度進行控制，延時程式函數如下：
/*****************延時函數*************************/
delays（）
{
uchari;
for（i=5000;i>0;i--）;
}
②鍵盤中斷處理副程式：
採用中斷方式，按下鍵，完成延時去抖動、鍵碼識別、按鍵功能執行。
要實現按住加/減速鍵不放時恒加或恒減速直到放開停止，就需在判斷是否鬆開該按鍵時，每進行一次增加/減少一定的占空比。
③顯示副程式：
利用數組方式定義顯示緩存區，緩存區有8位，分別存放各個數碼管要顯示的值。
④定時中斷處理程式：
採用定時方式1，因為單片機使用12M晶振，可產生最高約為65.5ms的延時。
對定時器置初值B1E0H可定時20ms，即系統時鐘精度可達0.02s。
當20ms定時時間到，定時器溢出則回應該定時中斷處理程式，完成對定時器的再次賦值，並對全局變數time加1，這樣，通過變數time可計算出系統的運行時間。
3、軟體設計中的特點:
對於電機的啟停，在PWM控制上使用漸變的脈寬調整，即開啟後由停止勻加速到默認速度，停止則由於當前速度逐漸降至零。
這樣有利於保護電機。
鍵盤處理上採用中斷方式，不必使程式對鍵盤反復掃描，提高了程式的效率。
第三章：
系統硬體電路設計
整體框圖如下：
第四章：
系統功能調試
仿真整體圖如下：
直流電機的調試功能仿真如下圖：
1、正轉時，電機正轉，數碼管最高位顯示“三”,其他三位先所給定頻率，如下圖：
2、反轉時，電機反轉，數碼管最高位顯示“F”,其他三位先所給定頻率，如下圖：
3、輸出波形如下：
4、加速分5檔，波形依次如下：
5、減速分5檔，波形如下：
第五章：
程式
見附件1
第六章：
PCB圖
見附件2
第七章：
元件清單
見附件3
第8章：
心得體會
略
附件1
/***************基於單片機AT89C51的直流電機PWM調速控制系統*************/
/*******************地點：
廣東松山職業技術學院************************/
/****************班級:
2009級檢測技術及應用****************************/
/*****************指導老師：
張軍濤***********************************/
/***************時間：
2011年7月1日***********************************/
/************頭檔*********/
#include
#include
#include
/**************************/
/********自定義變數********/
#defineuintunsignedint//自定義變數
#defineucharunsignedchar
chargw,sw,bw,qw;
ucharj;//定時次數，每次20ms
ucharf=5;//計數的次數
sbitP10=P1^0;//PWM輸出波形1
sbitP11=P1^1;//PWM輸出波形2
sbitP12=P1^2;//正反轉
sbitP13=P1^3;//加速
sbitP14=P1^4;//減速
sbitP15=P1^5;//停止
sbitP16=P1^6;//啟動
uchark;
uchart;//脈衝加減
/**************************/*
/*********控制位定義********************/
ucharcodesmg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71};//程式存儲區定義字型碼表
chardataled[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};//位碼
uintx;//數碼管顯示的數值
display（）;//數碼管顯示
delays（）;//延時函數
key（）;
displays（）;
/*****************************************/
/***************主函數********************/
main（void）
{
TMOD=0x51;//T0方式1定時計數T1方式1計數
TH0=0xb1;//裝入初值20MS
TL0=0xe0;
TH1=0x00;//計數567
TL1=0x00;
TR0=1;//啟動t0
TR1=1;//啟動t1
gw=sw=bw=qw=0;//數碼管初始化
P0=0xc0;
P2=1;
while
（1）//無限迴圈
{
display（）;//數碼管顯示
key（）;
}
}
/*****************************************/
/***************數碼管顯示****************/
display（）
{
uchari;
gw=x%10;//求速度個位值，送到個位顯示緩衝區
sw=（x/10）%10;//求速度十位值，送到十位顯示緩衝區
bw=（x/100）%10;//求速度百位值，送到百位顯示緩衝區
qw=x/1000;//求速度千位值，送到千位顯示緩衝區
for（i=0;i<4;）
{
P2=led[i];
if（i==0）//顯示個位
{
P0=smg[gw];
delays（）;
}
elseif（i==1）//顯示十位
{
P0=smg[sw];
delays（）;
}
elseif（i==2）//顯示百位
{
P0=smg[bw];
delays（）;
}
elseif（i==3）//顯示千位
{
if（k==0）//正轉時顯示"三"
{
P0=0x49;
delays（）;
}
else
{
P0=0x71;//反轉時顯示"F"
}
}
i++;
}
}
/*******************************************************/
/*****************延時函數*************************/
delays（）
{
uchari;
for（i=5000;i>0;i--）;
}
/************************************************/
/*********t0定時*中斷函數*************/
voidt0（）interrupt1using2
{
TH0=0xb1;//重裝t0
TL0=0xe0;
f--;
if（k==0）
{
if（fP10=1;
else
P10=0;
P11=0;
}
else
{
if（fP11=1;
else
P11=0;
P10=0;
}
if（f==0）
{
f=5;
}
j++;
if（j==50）
{
j=0;
x=TH1*256+TL1;//t1方式1計數，讀入計數值
TH1=0x00;
TL1=0x00;
x++;
display（）;
}
}
/****************按鍵掃描**************/
key（）
{
if（P12==0）//如果按下，
{
while（!
P12）//去抖動
display（）;
k=~k;
}
if（P16==0）//啟動
{
while（P16==0）;
IE=0x8a;
}
if（P13==0）//加速
{
while（P13==0）;
t++;
}
if（t>=5）
t=5;
if（P14==0）//減速
{
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：
附件3：
元件
數量（個）
元件
數量（個）
光電耦合器：
TLP521-2
1
三極管8550
4
按鍵
5
三極管8050
5
自鎖按鍵
1
1N4007
4
At89s52
1
四位一體數碼管
1
12M晶振
1
電容104
1
Led
1
直流電機
1
電阻1K
3
電容22P
2
電阻10K
1
電解電容47P/16V
2
74LS04
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