基于TMS2812直流电机设计Word格式.docx
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3.3直流电机驱动模块7
3.4直流电机的中断键盘控制模块9
第四章软件设计12
4.1软件流程图12
4.2源程序设计12
第五章PCB绘制与电路板制作14
5.1PCB板的制作流程图14
5.2生成PCB图及制版14
第六章功能的实现与测试报告15
总结16
参考文献资料16
第一章概述
1.1工程训练的目的：
（1）通过直流电机PWM控制系统实现直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速。
（2）学习直流电机的控制原理和控制方法。
（3）学习用C语言编制中断程序，控制F2812DSP通用I/O管脚产生不同占空比的PWM信号。
（4）通过C语言编程控制控制I/O管脚产生不同占空比的PWM信号。
1.2工程训练的要求：
本课程设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。
并实现电路的仿真。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。
（1）通过直流电机PWM控制系统实现直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速。
（2）、电路图设计标准、完全；
（3）、元器件安装规范，焊接到位，外观优美；
第二章方案的选择与确定
2.1设计思路
方案说明：
通过C语言编程改变pwm波的占空比，将此pwm波从I/O口输出到直流电动机，从而改变其转速，通过引脚上给出高电平或低电平和逻辑电路来控制直流电机的方向。
单片机在程序控制下，定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正，反转控制；
2.2基本原理
2.2.1TMS320F2812DSP的McBSP引脚
通过设置PWM11和PWM5的工作方式和状态，可以实现将它们当成通用I/O引脚使用。
2.2.2直流电机控制
直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。
近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。
随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制（PulsWidthModulation，简称PWM）控制方式已成为绝对主流。
2.2.3PWM调压调速原理
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。
图2.3施加在电枢两端的脉动电压
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压占空比为D=t1/T，则电枢的平均电压为：
U平=U·
D……………………………………………式1.4
由式1.3得到：
n=Ea/CeΦ≈U·
D/CeΦ=KD；
在假设电枢内阻转小的情况下式中K=U/CeΦ，是常数。
图2.4占空比与电机转速的关系
由图看出转速与占空比D并不是完全速的线性关系（图中实线），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。
2.3总体设计框图
VCC
DIR
PWM
BRACK
VM
双极式控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点:
1）电动机能在四象限运行。
2）电流一定连续，波形没有断点。
3）电机在低速时平稳性好，每个开关元器件的驱动脉冲仍然较宽，有利于保证器件的可靠导通。
误导通的几率低，不会使功率器件直通。
4）电动机在停I}:
的时侯有微震电流，能消除静摩擦死区。
第三章直流电动机单元电路设计与分析
3.1总电路图
3.2总电路功能介绍
主体电路：
即直流电机PWM控制模块。
这部分电路主要由单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小和了解电
机的转向，能够很方便的实现电机的智能控制。
其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续功能。
其间是通过单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到TMS2812来控制直流电机工作的。
该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成：
设计输入部分：
这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。
设计控制部分：
主要由单片机的外部中断扩展电路组成。
直流电机PWM控制实现部分：
主要由一些二极管、电机和直流电机驱动模块组成。
3.3直流电动机驱动模块
主要由一些二极管、电机和直流电机驱动模块（内含CMOSS管、三太门等）组成。
现在介绍下直流电机的运行原理
3.3.1直流电机类型
直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：
直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。
下面以直流电动机作为研究对象。
3.3.2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。
图2.1直流电动机结构
3.3.3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abcd。
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
3.3.4直流电动机硬件原理图
3.4直流电机的中断键盘控制模块
3.4.1外部中断设置
（1）外部中断允许设置
中断控制寄存器IE的EX0对应INT0，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。
如：
开放外部中断0的设置：
SETBEX0
SETBEA
开放外部中断0和1的设置：
SETBEX1
（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与TCON的IT位有关。
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
电平触发设置方法：
CLRITX，为低电平触发方式。
脉冲触发设置方法：
SETBITX＝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INT0，PX1对应INT1。
PX置1为高级中断，PX为0为低级中断。
×
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
3.4.2外部中断扩展方法
在图3.3为外部中断扩展方法，设X1、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代表正转信号，X3=0表示正转；
X4代表反转信号，X4=0表示反转；
X5代表停止信号，X5=0表示停止处理。
图3.3外部中断扩展电路
当系统检测到有中断请求时，响应如下中断服务流程图3.4。
图3.4中断服务流程
第四章软件设计
4.1软件流程图
4.2源程序设计
现单独列举控制PWM的控制程序
#include"
DSP28_Device.h"
voidInitEv（void）
{
EALLOW;
GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0x00ff;
EDIS;
EvaRegs.GPTCONA.all=0x1879;
EvaRegs.T1CNT=0;
EvaRegs.T1CON.all=0x1f42;
EvaRegs.T1PR=0x7fff;
EvaRegs.T1CMPR=0x3fff;
EvaRegs.T2CNT=0;
EvaRegs.T2CON.all=0x1fC3;
EvaRegs.T2PR=0x7fff;
EvaRegs.T2CMPR=0x3fff;
}
如程序，EvaRegs.T1CNT=0;
将定时器1计数器清零；
EvaRegs.T1CON.all=0x1f42;
让TMODE=连续递增/递减计数，定时器使能，计数器使能；
EvaRegs.T1PR=0x7fff;
定时器1周期为0x7fff；
EvaRegs.T1CMPR=0x3fff;
定义赋值定时器1比较器。
同理，接下来的程序就是对定时器2定义。
改变电机转向转速时，只要改变T1CMPR1和T2CMPR的值就行，如程序，现在每个定时器比较器的值都为0x3fff，这个时候电机就停转。
如果想正转，就将T1CMPR1的值改大，T1CMPR2的值改小，但一定要保持两者之和为周期T的值0x7fff，因为是互补的。
例如T1CMPR1改为0x7ff0，T2CMPR改为0x000f，反转同理。
第五章PCB板的绘制与电路板的制作
5.1PCB板的制作流程图
设计绘制原理图→导成PCB图→打印输出（热转印纸）↓
金属焊盘钻孔←腐蚀（留下电子线路）←利用热转印法将PCB图转到敷铜板
↓
焊接安装元器件→调试→成品
5.2生成PCB图及制板
第六章功能的实现与测试报告
每个模块做好以后，就可以调用程序（直流电动机驱动模块程序已编写好）来调试功能，如果能正常运行那就说明模块做的是正确的，相反，如不能正常实现功能就必须找出其中存在的错误原因。
要么是硬件电路错误，要么就是软件调用不当或是I/O口设定存在问题，因此在调试过程中必须仔细，对每一部分加以完善。
最重要的是对其整体的调试，因此要对其内部地址进行分配，中断也要集中编写完善，主程序编写相对复杂，所以要先把电机驱动弄好之后让电动机转动起来再添加调速部分。
添加键盘程序，使其能设定电机转速和方向。
根据串行口调试工具能很好的实现实验设计要求。
通过PWM控制使电动机能够正转反转，并实现加速减速的功能。
最后，调试成功，交作品。
总结
两周的工程训练，这次工程训练我们主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作，并实现电路的仿真。
通过这次对TMS2812的直流电动机控制的设计与制作过程，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，也对TMS2812芯片有了更进一步的了解。
在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。
设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。
在这次工程训练中，也遇到了一些困难，特别是在程序编写的过程中，由于对PWM调速方式没有更深的了解，在编写程序时就有了阻碍。
通过这次工程训练使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
这次工程训练能够顺利完成，是离不开老师的辛勤指导和同学们的热情帮助。
在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的耐心教导下，问题一一解决。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
[参考文献]
[1]赵全利、肖兴达等.单片机原理及应用教程（第二版）[M].北京:
北京机械工业出版社,2007.7
[2]熊年禄.数字电路[M].北京:
北京邮电大学出版社,2010.6
[3]康华光.模拟电子技术基础（第五版）[M].北京:
高等教育出版社,2006
[4]TMS320F2812开发板PWM示例程序
[5]TechV5509程序综合示例程序（AM176220）
工程训练成绩评定表
专业：
班级：
学号：
姓名：
项目名称
基于TMS320F2812的直流电动机控制设计与制作
设计任务与要求
作品需达到下列要求：
（1）电机要求能正反转，电机转速可通过PWM控制；
（4）、其它扩展功能，同学自由发挥，可另外加分。
指导教师评语
建议成绩：
指导教师：
教研组评定意见
评定成绩：
负责人：
时间：
年月日
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