基于单片机的直流电机控制器的设计Word格式文档下载.docx

1、2.1.2直流电机结构直流电机由定子和转子两部分组成。 在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁 极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内 嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出，直流电机结构如图2.1所示。唱刷 换向片枢怏心Q换向片2.1.3直流电机工作原理直流电机电路模型如图2.2所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁 圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈 abed。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2.2 直流电动机电路模型

2、2.1.4 直流电机主要技术参数图1.1直流电机工作直流电机的主要额定值有：额定功率Pn：在额定电流和电压下，电机的负载能力。额定电压Ue：长期运行的最高电压。额定电流le：长期运行的最大电流。额定转速n：单位时间内的电机转动快慢。以r/min为单位励磁电流If:施加到电极线圈上的电流。2.1.5 直流电机PWMS速原理（1）直流电机转速直流电机的数学模型可用图2.3表示，由图可见电机的电枢电动势 Ea的正 方向和电枢电流Ia的方向相反，Ea为反电动势；电磁转矩T的正方向和转速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TO均和n相反， 是制动转矩。说明：U 电压 Ea 电枢电

3、动势动势平衡方程式T.1转速I 电枢电流电枢回路电阻 外在电枢电阻 负载转矩 - 空载转矩 磁通量U二Ea-la （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和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 二Ua-IR/Ce 式 1.2式1.2中，Ce为电动势常数，是磁通量。由1.1式和1.2式得n 二Ea/Ce 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

4、电压的极性，电机就 反转。（2）PWMfe机调速原理对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压为 2.3所示的脉动电流压（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，下面对这一变化进一步推导。最大值Vmax设电机接全电压U时，其转速最大为Vmax。若施加到电枢两端的脉动电最小值Vmi n由式1.3得到:n 二Ea/Ce U -D/ Ce =KD在假设电枢内阻转小的情况下式中 K= U/ Ce，是常数。图2.4为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比和转速的关系图。由图看出转速和占空比 D并不是完全速的线性关系（图中实线），

5、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。2.1.6 电机驱动模块的电路设计根据直流电机的工作原理，从 PROTEUS选取元器件如下，放置元器件、 放置电源和地连线，我们参此设计的直流电机驱动模块电路如图 2.5所示2SK1058 : CMOSS 管74L26 : 三太门1N4006 : 二极管VSCOURCE: 电源MOTOR-ENCODER : 直流电机RES : 电阻图2.7 定时中断服务流程图2.2直流电机的中断键盘控制模块2.2.1外部中断设置（1）外部中断允许设置中断控

6、制寄存器IE的EXO对应INTO，EX1对应INT1，EA为中断的 总开关，若要开放外部中断，只要将IE对应的位和总开关EA置1即可。女口：开放外部中断0的设置：SETB EX0SETB EA开放外部中断0和1的设置：SETB EXOSETB EX1（2）外部中断触发方式设置单片机外部中断有两种触发方式，一种是电平触发方式，另一种是脉冲触发 方式，单片机外部中断触发方式和 TCON勺IT位有关。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0电平触发设置方法：CLR ITX，为低电平触发方式。脉冲触发设置方法：SETB ITX = 1为脉冲下降沿触发方式。在使用外部中断时，如果不进行设置，则为

7、电平触发方式。（3）外部优先级设置外部中断IN0、INT1的中断优先级的设置是通过设置IP寄存器实现的，IP的PX0对应INTO，PX1对应INT1 o PX置1为高级中断，PX为0为低 级中断。XPSPT1PX1PT0PX02.2.2 外部中断扩展方法在图2.8为外部中断扩展方法，设 XI、X2、X3、X4、X5为外部警情信 号，X1代表是加速信号，X1=0表示加速；X2代表减速信号，X2=0表示减 速；X3代表正转信X5代表停止信号,言号，X3=0表示正转；X4代表反转信号,X4=0表示反转;X5=0表示停止处理。P2 0U?h WI 耳1*1 x5减速匸转反转停止加速图2.8 外部中断扩

8、展电路当系统检测到有中断请求时，响应如下中断服务流程图 2.92.3.1 引脚分布和接口信号说明（1）引脚分布1602液晶显示共有16个引脚，其引脚分布如图2.5所示sou atn LU qlcmcq 寸 kntog 0： CE ILU Cl 口 O 口 J CM I CO I t|lO ti| 卜卜 B 卜彳爭卜 |图2.10 1602液晶显示模块引脚分布（2）引脚功能1602引脚功能如表2.1所示表2.1 1602引脚功能2.3.2 LCD 液晶电路图2.11 1602液晶显示模块组成2.3.3 显示程序流程图如3.12所示图 2.123直流电机PWM控制系统的实现3.1 总电路图X1 L

9、C液晶显示+12V18V1L1U12345678XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1 2P3 2/INT0P1 3P3.3/TNTIP3.4/T0P1.4P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RDAT89C51399RP1RESPACK-86 5丨4 3丨2R4直

10、流电机驱动芯片4 U2D3图3.121力曬22减速 力_正转24 反转75 停止-10R5r-L-R?_1 hIN1 VCCVSIN2OUT1IN3IN4OUT2ENAENBOUT3SENSAOUT4SENSB GND1N4003D41314L298加速nAND_516171214E10正转停止 J=1-直流电机D2ORG0000HSJMPDISPLAY0003HLJMPBUTTON000BHDINGSHIRSEQU P3.0RWEQU P3.1EEQU P3.40030H3.2 总电路功能介绍直流电机PWMS制控制系统具有加速、减速、正转、反转、停止控制功能。 操作开关通过中断控制直流电机的

11、加速、减速、正转、反转、停止控制功能，并 通过LCD液晶显示。振荡、时钟电路和复位电路由 80C51单片机内部给出 直流电机转动速度由LCD液晶显示。操作开关状态由液晶显示器显示。3.3 直流电机控制程序外部0中断入口地址定时中断T0入口地址此次直流电机的设计以LCD字符夜晶的DISPLAY:显示程序为主程序SETBEA ;打开中断总开关EX0 ;打开外部中断 0 开关; 打开外部中断 0 下降沿触发MOVTMOD,#01H 设置定时工作方式TL0,#0FFH 设置定时初值TH0,#0FFHET0 ;打开定时中断 T0 开关CLRP0.5P0.6P0.7TR0 ;定时器 T0 开始定时DPTR

12、,#TAB 夜晶显示的字符首地址R0,#00H 脉宽的初值R1,#16 ; SET SPEED PLEASE 的字符个数R3,#00HR4,#00HLP9:LCALL CHUSHILP2:ACALL BUSYA,#00HMOVCA,A+DPTRP1,AACALL DATASINCDPTRDJNZLP3:R1,LP2CJNER3,#00H,LP4R4,#00H,LP4SJMP LP3LP4: MOV R7,#00H MOV R5,#09H ;MOV P1,#0C0HACALL ENABLEMOV DPTR,#MMTABLP5:MOV A,#00HMOVC A,A+DPTRMOV P1,AINC

13、DPTRDJNZ R5,LP5MOV DPTR,#STABMOV A,R2MOV A,R3 ;MOV A,R4 ; MOVC A,A+DPTR 中断的标志CURRENT :显示速度的十位显示速度的个位ACALL DATAS ; 使夜晶始终显示当前电机的速度LP8:速度不变时等待速度变时重新读入速度使夜晶显示的一些初始设置清屏并光标复位设置显示模式：8位2行5x7点阵显示器开、光标开、光标允许闪烁文字不动，光标自动右移写入显示起始地址写入控制命令的子程序写入数据子程序CJNE R7,#00H,LP7LJMP LP8 ;LP7:SJMP LP4CHUSHI: ;MOV P1,#00000001BM

14、OV P1,#00111000BMOV P1,#00001111BMOV P1,#00000110BMOV P1,#80H ;RETENABLE:SETB ECLR RSCLR RWCLR EDATAS:SETB RSBUSY:MOV P1,#0FFHSETB RWJB P1.7,BUSYORG 2000HDINGSHI:CPL P0.7JNB P0.7,Z1MOV A,#0FFHSUBB A,R0MOV TH0,ASETB TR0RETIZ1: MOV TH0,R0准备写入数据定时中断服务程序周期一定脉宽BUTTON: 从控制键盘中读取操作命令 PUSH ACCCLR EX0CLR EAIN

15、C R7 ;MOV P2,AMOV A,P2JNB ACC.0,AA0JNB ACC.1,KK0JNB ACC.2,ZZJNB ACC.3,FFJNB ACC.4,WW0AJMP QQ加速操作减速操作AA0: CJNE R0,#0FFH, AA1AA1: MOV A,R0ADD A,#5MOV R0,AKK0: CJNE R0,#00,MMMM:SUBB A,#5QQ:MOV B,#5DIV ABMOV B,#10MOV R3,AMOV R4,BLCALL DELAYPOP ACCZZ: SETB P0.5CLR P0.6MOV R2,#2BH LCALL DELAY LCALL DELAY

16、LCALL DELAY SETB EX0 SETB EA POP ACC RETI FF: CLR P0.5SETB P0.6 MOV R2,#2DH LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EX0 SETB EA POP ACCWW0: CLR P0.5 CLR P0.6 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EX0 SETB EA POP ACCRETI DELAY:正转操作正转标志 +反转操作反转标志 -停止操作延时子程序MOV R5,#0E0HMM0: MOV R6,#30HMM1: DJNZ R6,

17、MM1DJNZ R5,MM0TAB: DB 53H,45H,54H,20HDB 53H,50H,45H,45H ; SET SPEED PLEASE 代码DB 44H,20H,50H,4CHDB 45H,41H,53H,45HSTAB: DB 30H,31H,32H,33HDB 34H,35H,36H,37H ; 0,1,2,3,4,5,6,7DB 38H,39H,41H,42H ; 8,9,A,B,C,D,E,FDB 43H,44H,45H,46HMMTAB:DB43H,4FH,52H,52H45H,4EH,54H,20H3AH CURRENT :END4 系统仿真LCD 液晶显示电路的系统

18、仿真和调试：在 PROTEUS 运行环境中首先检 验 LCD 显示电路，添加程序，运行 LCD 液晶显示电路能，系统若运行成功将 得到如图 4.1。此后在之前的电路基础之上再拓展带中断的独立式键盘，调试成 功后的电路如图 4.2 所示。LCD1LM016LLCD显示电路SET SPEED RLE口EED D DD DD D DLCD液晶显示SET SPEED PLEfiSE CORRENT ：-27EDSDDDDDDDD eWR EDV4,6A31 2930厂.XTAL1P0 7/AD7P2 7/A15P1 0P3 0/RXDP1.2P3.2/INT0P3.3/INT1 -P1 4P3 4/T0P3 5/T1P1 71 -沅3上4-5上6=78图4.1 LCD 液晶显示字符初步调试19RV129卜 XTAL1P1 1P3 1/TXDP3 3/INTIP1. 4P1. 5P1. 6P1. 7-3938P363522 减速 23 正转24 反转.25 停止 26F28 10 RS71 RW 14 E21 加速u?图4.2带中断控制的LCD液晶显示调试用带中断的键盘来控制直流电机驱动模块的部分电路,功，将得到图4.3! 3938 33 32 21222T2425 2810 RS丁11 RW12 *14 E15 16 17J正转. C停止二1J 9若按要求调试成9 P0.2/