直流電機控制器設計說明書

1、<p>　　直流電機控制器設計說明書</p><p><b>　　1.1 設計思想</b></p><p>　　直流電機PWM控制系統(tǒng)主要功能包括：直流電機的加速、減速以及電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，還可以方便讀出電機轉(zhuǎn)速的大小，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。其間，還包括直流電機的直接清零、啟動、暫停、連續(xù)功能。該直流電機系統(tǒng)由以下電路模塊組

2、成：振蕩器和時鐘電路：這部分電路主要由89C51單片機和一些電容、晶振組成。設計輸入部分：這一模塊主要是利用帶中斷的獨立式鍵盤來實現(xiàn)。設計控制部分：主要由89C51單片機的外部中斷擴展電路組成。設計顯示部分：包括液晶顯示部分和LED數(shù)碼顯示部分。LED數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示管組成。直流電機PWM控制實現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機和L298直流電機驅(qū)動模塊組成。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)總體設計框圖&

3、lt;/p><p>　　直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，由命令輸入模塊、LED顯示模塊及電機驅(qū)動模塊組成。采用帶中斷的獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機在程序控制下，定時不斷給直流電機驅(qū)動芯片發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動電路完成電機正，反轉(zhuǎn)控制；同時單片機不停的將從鍵盤讀取的數(shù)據(jù)送到LED顯示模塊去顯示，進而讀取其速度。</p><p>　　1.3 程序設計流程圖</p&g

4、t;<p>　　圖1-1 系統(tǒng)總體設計框圖</p><p>　　圖1-2中斷服務流程圖</p><p>　　2 總體硬件電路設計</p><p><b>　　2.1 芯片介紹</b></p><p>　　2.1.1 89C51單片機</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)特點：　

5、</b></p><p><b>　　8位CPU； </b></p><p>　　片內(nèi)振蕩器和時鐘電路； </p><p><b>　　32根I/O線； </b></p><p>　　外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K； </p><p>　　2個16位的定時

6、器/計數(shù)器； </p><p>　　5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級； </p><p><b>　　全雙工串行口； </b></p><p><b>　　布爾處理器。</b></p><p>　　圖2-1 89C51單片機引腳分布圖</p><p>　　2.1.2 RESPACK

7、-8排阻</p><p>　　RESPACK-8是帶公共端的8電阻排，它一般是接在51單片機的P0口，因為P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，不能輸出高電平，所以要接上拉電阻。</p><p>　　圖2-2 RESPACK-8引腳分布圖</p><p>　　2.1.3 驅(qū)動器L298 </p><p>　　L298是雙電源大電流功率集成電路，直接采用TT

8、L邏輯電平控制，可用來驅(qū)動繼電器，線圈，直流電動機，步進電動機等電感性負載。其驅(qū)動電壓可達46V，直流電流總和可達4A，其內(nèi)部具有兩個完全相同的功率放大回來。</p><p>　　圖2-3 L298引腳分布圖</p><p>　　2.1.4 顯示模塊</p><p>　　數(shù)碼管每字由7節(jié)組成，其工作電流為每節(jié)5-20mA，每字35-140mA ，本實驗采用單片機的P

9、0口控制數(shù)碼管的段選，用P2口控制數(shù)碼管的位選。實驗采用的數(shù)碼管段選采用共陰極連接，位選采用的共陽極。電路圖如下：</p><p>　　圖2-4 數(shù)碼管連接圖</p><p><b>　　2.2 主電路設計</b></p><p>　　主體電路：即直流電機PWM控制模塊。這部分電路主要由89C51單片機的I/O端口、定時計數(shù)器、外部中斷擴展等控

10、制直流電機的加速、減速以及電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，還可以方便的讀出電機轉(zhuǎn)速的大小和了解電機的轉(zhuǎn)向，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。其間，還包括直流電機的直接清零、啟動（置數(shù)）、暫停、連續(xù)功能。其間是通過89C51單片機產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號并輸入到L298驅(qū)動芯片來控制直流電機工作的。該直流電機PWM控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設計輸入部分：這一模塊主要是利用帶中斷的獨立式鍵盤來實現(xiàn)。設計控制部分：主要由89C51單片

11、機的外部中斷擴展電路組成。設計顯示部分：包括液晶顯示部分和LED數(shù)碼顯示部分。數(shù)碼顯示部分LED數(shù)碼管顯示。直流電機PWM控制實現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機和L298直流電機驅(qū)動模塊組成。</p><p>　　圖2-4 系統(tǒng)主電路圖</p><p>　　2.3 PWM控制電路設計</p><p>　　2.3.1 PWM的基本原理</p><p&

12、gt;　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，改變負載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應用在許多方面，比如：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。</p><p>　　在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動

13、機的轉(zhuǎn)速。也正因為如此，PWM又被稱為“開關驅(qū)動裝置”。如圖2-5所示：</p><p>　　圖2-5 PWM方波</p><p>　　設電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設占空比為D= t1 / T，則電機的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機的平均速度；Vmax 是指電機在全通電時的最大速度；D = t1 / T是指占空比。</p><

14、p>　　由上面的公式可見，當我們改變占空比D = t1 / T時，就可以得到不同的電機平均速度Vd，從而達到調(diào)速的目的。嚴格來說，平均速度Vd 與占空比D并非嚴格的線性關系，但是在一般的應用中，我們可以將其近似地看成是線性關系。</p><p>　　2.3.2 PWM控制電路設計</p><p>　　圖2-6 PWM控制電路圖</p><p>　　2.4 直流

15、電機單元電路設計</p><p>　　2.4.1 直流電機驅(qū)動模塊</p><p>　　主要由一些二極管、電機和L298直流電機驅(qū)動模塊（內(nèi)含CMOSS管、三太門等）組成?，F(xiàn)在介紹下直流電機的運行原理</p><p><b>　　1.直流電機類型</b></p><p>　　直流電機可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進行分類，

16、其中根據(jù)直流電機的用途可分為以下幾種：直流發(fā)電機（將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能）、直流電動機（將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能）、直流測速發(fā)電機（將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號）、直流伺服電動機（將控制信號轉(zhuǎn)換為機械信號）。下面以直流電動機作為研究對象。</p><p><b>　　2.直流電機結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。在定子上裝有磁極（電磁式直流電機

17、磁極由繞在定子上的磁繞提供），其轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子外圓有槽，槽內(nèi)嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷引出,直流電機結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。</p><p>　　圖2-7 直流電動機結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.直流電機的基本工作原理</p><p>　　圖2-8 直流電機的基本工作原理圖</p><p>　　對圖2-7所示的直流電機，如果去

18、掉原動機，并給兩個電刷加上直流電源，如上圖2-8中圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖2-8中圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷 B 流出。</

19、p><p>　　此時載流導體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就是直流電動機的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。</p><p>　　實用中的直流電動機轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個線圈構(gòu)成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉(zhuǎn)矩的波動，繞組形式同發(fā)電機。

20、</p><p>　　4.直流電機主要技術參數(shù)</p><p>　　直流電機的主要額定值有：</p><p>　　額定功率Pn：在額定電流和電壓下，電機的負載能力。</p><p>　　額定電壓Ue：長期運行的最高電壓。 </p><p>　　額定電流Ie：長期運行的最大電流。</p><p&g

21、t;　　額定轉(zhuǎn)速n：單位時間內(nèi)的電機轉(zhuǎn)動快慢。以r/min為單位。 </p><p>　　勵磁電流If：施加到電極線圈上的電流。</p><p>　　2.4.2 直流電機的中斷鍵盤控制模塊</p><p><b>　　1.外部中斷設置</b>

22、;</p><p>　　(1)外部中斷允許設置</p><p>　　中斷控制寄存器IE的EX0對應INT0，EX1對應INT1，EA為中斷的總開關，若要開放外部中斷，只要將IE對應的位和總開關EA置1即可。</p><p>　　如：開放外部中斷0的設置：</p><p><b>　　EX0=1</b></p>

23、<p><b>　　EA=1</b></p><p>　　開放外部中斷0和1的設置：</p><p><b>　　EX0=1</b></p><p><b>　　EX1=1</b></p><p><b>　　EA=1</b></p&g

24、t;<p>　　(2)外部中斷觸發(fā)方式設置</p><p>　　單片機外部中斷有兩種觸發(fā)方式，一種是電平觸發(fā)方式，另一種是脈沖觸發(fā)方式，單片機外部中斷觸發(fā)方式與TCON的IT位有關。</p><p>　　電平觸發(fā)設置方法： ITX，為低電平觸發(fā)方式。</p><p>　　脈沖觸發(fā)設置方法： ITX＝1，為脈沖下降沿觸發(fā)方式。</p>

25、<p>　　在使用外部中斷時，如果不進行設置，則為電平觸發(fā)方式。</p><p>　　(3)外部優(yōu)先級設置</p><p>　　外部中斷IN0、INT1的中斷優(yōu)先級的設置是通過設置IP寄存器實現(xiàn)的，IP的PX0對應INT0，PX1對應INT1。PX置1為高級中斷，PX為0為低級中斷。</p><p>　　2.外部中斷擴展方法</p><

26、p>　　圖2-9為外部中斷擴展方法，分別代表正轉(zhuǎn)信號，反轉(zhuǎn)信號，加速信號，減速信號，停止信號。</p><p>　　圖 2-9 外部中斷擴展電路</p><p>　　3 直流電機PWM控制系統(tǒng)的實現(xiàn)</p><p><b>　　3.1 總電路圖</b></p><p><b>　　圖3-1 總電路圖<

27、;/b></p><p>　　3.2 總電路功能介紹</p><p>　　直流電機PWM調(diào)制控制系統(tǒng)具有加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能。操作開關通過中斷控制直流電機的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能，并通過LED液晶顯示。振蕩、時鐘電路和復位電路由89C51單片機內(nèi)部給出。直流電機轉(zhuǎn)動速度由LED液晶顯示。操作開關狀態(tài)由液晶顯示器顯示。</p><p&g

28、t;<b>　　4 系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　LED液晶顯示電路的系統(tǒng)仿真與調(diào)試：在PROTEUS運行環(huán)境中首先檢驗LED顯示電路，添加程序，運行LED液晶顯示電路能，系統(tǒng)若運行成功將 得到如圖4-1。</p><p>　　圖4-1 數(shù)碼顯示字符初步調(diào)試</p><p>　　調(diào)試用帶中斷的鍵盤來控制直流電機驅(qū)動模塊的部分電路，若按要

29、求調(diào)試成功，將得到圖4-2。</p><p>　　圖4-2 用鍵盤來控制的電機</p><p>　　啟動目標系統(tǒng)，按正轉(zhuǎn)，然后接加速開關，我們觀察到電機開始運轉(zhuǎn)，每按一次加速，電機的速度都要增加，此時如果按減速，則電機的轉(zhuǎn)速慢慢地減小。同樣按反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鍵也看到同樣的結(jié)果，當按停止鍵時，電機慢慢停下來，圖4-4是在目的電路剛啟動時未設置命令之前的狀態(tài)，圖4-5是在正轉(zhuǎn)情況下的仿真結(jié)果，圖4-6是

30、在反轉(zhuǎn)情況下的仿真結(jié)果。</p><p>　　圖4-4 未按鍵時的初始狀態(tài)</p><p>　　圖4-5 電機正轉(zhuǎn)時的狀態(tài)</p><p>　　圖4-6 電機反轉(zhuǎn)時的狀態(tài)</p><p><b>　　5 結(jié)束語</b></p><p>　　通過這次課設，第一次使用protues軟件通過這一周的實習

31、讓我對軟件仿真有了進一步的認識，從中也學到了許多知識，通過查閱一些資料，不僅增加了我的知識面，而且也讓我在軟件仿真方面積累了一些經(jīng)驗。并且這次我也做了實物，讓我更深的體會到實物與仿真之間的差距，積累了自己在這方面知識，是自己解決問題能力得到了進一步的提升。并且我深刻認識到自己還有很多不足之處，也發(fā)現(xiàn)了自己知識的欠缺，知識面較窄，難以做到理論聯(lián)系實際，認識到自己的實踐經(jīng)驗相當缺乏，理論聯(lián)系實際的能力急需提高。通過一周的學習，是我的知識更加

32、牢固，更易于知識間的融會貫通，建立了自己的知識體系，更利于以后的工作學習。</p><p>　　有時候失敗與成功僅是一點點的距離，貴在堅持，很多人都是被這一小小差距二淘汰，在生活學習中我們應當本著積極樂觀的態(tài)度去看待我們身邊的每一件事，理性的去思考問題，千萬莫因為自己的消極態(tài)度而失去大好機會。</p><p>　　這次課設要感謝老師的指導和解惑，幫助我成功完成課設；同樣同學們對我的幫助，幫

33、我解決了不少問題。通過這次課設是我成長了不少，讓我更加有動力去努力學習本專業(yè)知識，不斷豐富自己。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳錕,危立輝.基于單片機的直流電機調(diào)速器控制電路[J].中南民族大學學報(自然科學版).2003,9</p><p>　　[2]李維軍,韓小剛,李 晉.基于單片機用軟件實現(xiàn)直流

34、電機PWM調(diào)速系統(tǒng)[J].維普資訊.2007,9</p><p>　　[3]張友德等.單片機原理應用與實驗[M].復旦大學出版社.1992</p><p>　　[4]張毅剛,彭喜源,譚曉鈞,曲春波.MCS－51單片機應用設計[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社.2001,1</p><p>　　[5]宋慶環(huán),才衛(wèi)國,高志.89C51單片機在直流電動機調(diào)速系統(tǒng)中的應用[M].

35、唐山學院.2008,4</p><p>　　[6]陳錕,危立輝.基于單片機的直流電機調(diào)速器控制電路[J].中南民族大學學報(自然科學版).2003,9</p><p>　　[7]曹巧媛.單片機原理及應用[M].北京:電子工業(yè)出版社.1997</p><p>　　[8]劉大茂,嚴飛.單片機應用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設計方法[J].福州大學學報(自然科學福建農(nóng)林大學碩士論文版

36、).1998,2</p><p>　　[9]朱定華,戴汝平編著.單片機原理與應用[M].清華大學出版社北方交通大學出版社.2003,8</p><p>　　[10]薛鈞義,張彥斌編著.MCS—51/96系列單片微型計算[M].西安交通大學出版社.1997,8</p><p>　　[11]陳國呈編著.PWM逆變技術及應用[M].中國電力出版社.2007,7 </

37、p><p>　　附錄A 詳細電路設計圖</p><p>　　附錄B 直流電機控制程序</p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p>

38、<p>　　uchar table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p><p>　　sbit en=P1^6;</p><p>　　sbit in1=P1^5;</p><p>　　sbit in2=P1^4;</p><p>　　sbit zheng

39、=P1^0;</p><p>　　sbit fan=P1^1;</p><p>　　sbit jia=P1^2;</p><p>　　sbit jian=P1^3;</p><p>　　sbit ting=P1^7;</p><p>　　uchar num=3,di,gao,t,a,b,c,m;</p>

40、<p>　　uint temp;</p><p><b>　　bit flag;</b></p><p>　　void delay(uint z)</p><p>　　{uint x,y;</p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=100

41、;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　display()</b></p><p>　　{P0=table[a];</p><p><b>　　P2=0xfd;</b></p><p>　　dela

42、y(10);</p><p><b>　　P2=0xff;</b></p><p>　　P0=table[b];</p><p><b>　　P2=0xfb;</b></p><p>　　delay(10);</p><p><b>　　P2=0xff;</b

43、></p><p>　　P0=table[c];</p><p><b>　　P2=0xf7;</b></p><p>　　delay(10);</p><p><b>　　P2=0xff;}</b></p><p>　　void kongzhi()</p>

44、<p>　　{if(ting==0)</p><p>　　{delay(5);</p><p>　　if(ting==0)</p><p>　　flag=~flag;</p><p>　　while(ting==0);}</p><p>　　if(zheng==0)</p><p>

45、;　　{delay(5);</p><p>　　if(zheng==0)</p><p>　　{in1=1;in2=0;t=1;</p><p>　　while(zheng==0);}}</p><p>　　if(fan==0)</p><p>　　{delay(5);</p><p>　　if

46、(fan==0)</p><p>　　{in1=0;in2=1;t=0;</p><p>　　while(fan==0);}}</p><p>　　if(jia==0)</p><p>　　{delay(5);</p><p>　　if(jia==0)</p><p><b>　　{n

47、um++;</b></p><p>　　if(num==7)</p><p><b>　　num=6;</b></p><p>　　while(jia==0);}}</p><p>　　if(jian==0)</p><p>　　{delay(5);</p><p&

48、gt;　　if(jian==0)</p><p>　　{if(num!=0)</p><p><b>　　num--;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　num=0;</b></p><p>　　while

49、(jian==0);}}</p><p>　　if(flag==1)</p><p><b>　　en=0;</b></p><p>　　if(flag==0)</p><p><b>　　en=1;}</b></p><p>　　void dispose()</p&

50、gt;<p>　　{switch(num)</p><p>　　{case 0:gao=1;di=7;break;</p><p>　　case 1:gao=2;di=6;break;</p><p>　　case 2:gao=3;di=5;break;</p><p>　　case 3:gao=4;di=3;break;<

51、;/p><p>　　case 4:gao=5;di=2;break;</p><p>　　case 5:gao=6;di=1;break;</p><p>　　case 6:gao=7;di=0;break;}}</p><p>　　void qudong()</p><p><b>　　{uchar i;<

52、;/b></p><p><b>　　if(t==1)</b></p><p>　　{if(di!=0)</p><p>　　{for(i=0;i<di;i++)</p><p>　　{in1=0;delay(5);} }</p><p>　　for(i=0;i<gao;i++)

53、</p><p>　　{in1=1;delay(5);}}</p><p><b>　　if(t==0)</b></p><p>　　{if(di!=0)</p><p>　　{for(i=0;i<di;i++)</p><p>　　{in2=0;delay(5);}}</p>

54、<p>　　for(i=0;i<gao;i++)</p><p>　　{in2=1;delay(5);}}}</p><p><b>　　main()</b></p><p>　　{TMOD=0X10;</p><p>　　TH1=(65536-50000)/256;</p><p&

55、gt;　　TL1=(65536-50000)%256;</p><p><b>　　ET1=1;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p><b>　　IT0=1;</b>

56、</p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　flag=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　{kongzhi();dispose();qudong();display();}}</p>

57、;<p>　　void time()interrupt 3</p><p>　　{TH1=(65536-50000)/256;</p><p>　　TL1=(65536-50000)%256;</p><p><b>　　m++;</b></p><p><b>　　if(m==20)</b

58、></p><p><b>　　{TR1=0;</b></p><p><b>　　EX0=0;</b></p><p>　　temp=(temp*60)/24;</p><p><b>　　m=0;</b></p><p>　　a=temp/10

59、0;</p><p>　　b=(temp%100)/10;</p><p>　　c=temp%10;</p><p><b>　　temp=0;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　EX0=1;}}</b>