课程设计PWM脉宽调制文档格式.docx

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图1-1直流电机的工作原理图

电枢控制是在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上，以控制电机的转速。

在工业生产中广泛使用其中脉宽调制（PWM）应用更为广泛。

脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。

图1-2电枢电压占空比和平均电压的关系图

根据上图，如果电机始终接通电源时，电机转速最大为

，占空比为D=

/T，则电机的平均速度为：

，可见只要改变占空比D，就可以得

到不同的电机速度，从而达到调速的目的。

1.2直流调速系统实现方式

PWM为主控电路的调速系统：

基于单片机类由软件来实现PWM，在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压

不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。

改变占空比D的值有三种方法：

A、定宽调频法：

保持

不变，只改变t，这样使周期（或频率）也随之改变。

（图1-2）B、调宽调频法：

保持t不变，只改变

，这样使周期（或频率）也随之改变。

（图1-2）C、定频调宽法：

保持周期T（或频率）不变，同时改变

和t。

（图1-2）

前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与

系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此常采用定频调宽法来改变占空

比从而改变直流电动机电枢两端电压。

1.389C51单片机

图1-389C51单片机

2硬件电路设计

2.1PWM波形的程序实现

随计算机技术及电力电子技术的发展，PWM波形采用软件方法实现显得非常灵活和实用以89C51单片机为控制核心,晶振频率为12MHz定时计数器TO,T1作定时器使用，工作在方式1，定时时间为0.1ms，若PWM波形的频率为50Hz，占空比为1：

1，则和R0载入30H和31H单元的值初始100,若在程序中利用按键产生中断调用来改变30H和31H单元的值就可以改变占空比.系统流程图如图2-1所示：

图2-1程序流程图

2.2直流电动机驱动

在直流电动机的驱动中对大功率的电动机常采用IGBT作为主开关元件,对中小功率的电机常采用功率场效应管作为主开关元件.另外还可以采用集成电路来完成对电机的驱动，系统采用集成电路L298来驱动电机

图2-2L298内部结构和功能引脚图

L298是双H高电压大电流功率集成电路.直接采用L逻辑电平控制,可以驱

动继电器、直流电动机、步进电动机等电感性负载。

其内部有两个完全相同的功率放大回路。

其内部结构和引脚功能如图2-2所示。

L298引脚符号及功能

SENSA、SENSB：

分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地

ENA、ENB：

使能端，输入PWM信号

IN1、IN2、IN3、IN4：

输入端，TTL逻辑电平信号

OUT1、OUT2、OUT3、OUT4：

输出端，与对应输入端同逻辑

VCC：

逻辑控制电源，4.5~7VGND:

地

VSS：

电机驱动电源，最小值需比输入的低电平电压高

当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号,IN2为低电平信号时,电机正转；

输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时,电机反转;

;

IN1与IN2相同时,电机快速停止。

当使能端为低电平时,电动机停止转动。

2.3续流电路设计

由于电机具有较大的感性，电流不能突变，若突然将电流切断，将在功率管两端产生很高的电压，损坏器件。

我们在此电路中应用的是二极管来续流，利用二极管的单向导通性。

二极管的选用要根据PWM的频率和电机的电流来决定，二极管要有足够迅速的恢复时间和足够的电流承受能力。

由于电机具有较大的感性，电流如果突变易损坏功率胳即L298芯片。

为保护芯片加上洗续流电路。

电路的工作原理替如图3.7所示。

电路的工作原理：

当电机正转时，若突然掉电，D1、D4导通，D2、D3截止；

当电机反转时，突然掉电D2、D3导通，D1、D4截止。

图2-3续流电路工作原理图

3软件设计

3.1主程序设计

该主程序主要完成初始化，设置定时常数和中断入口程序，主程序不断的循环处于等待中断状态.

ORG0000H

AJMPSTART

ORG0003H

LJMPINT0；

T0中断

ORG000BH

LJMPITT0；

T1中断

ORG0030H；

系统初始化

START:

MOVSP,#60H；

赋初值堆栈指针

MOVR0,#00H；

给R0送值0

MOVR1,#00H；

给R1送值0

CLRP1.5；

置0

CLRP1.6；

置0

CLRP1.7；

MOVTMOD,#01H；

写控制字控制方式

MOVTL0,#0FFH；

置定时常数

MOVTH0,#0FFH

SETBEA；

允许中断

SETBEX0；

允许外部中断0

SETBET0；

允许TL0中断

CLRIT0

SETBTR0；

启动TL0

图3-1主流程图

3.2数码显数设计

通过P1.1，P1.2口来控制数码，显示通过查表和调用延时实现数的显示

程序代码：

MOVDPTR,#TAB

MOV40H,#0；

MOV41H,#0；

LED:

SETBP1.1；

P1.1置1

CLRP1.2；

P1.2清0

MOVA,40H；

将40H的内容送往A

MOVCA,@A+DPTR；

查表

MOVP0,A；

查表所得A值送往P0口

LCALLTTS；

调用延时

CLRP1.1；

P1.1清0

SETBP1.2；

P1.2置1

MOVA,41H；

将41H的内容送往A

MOVCA,@A+DPTR；

LCALLTTS；

P1.2口清0

LJMPLED；

跳转到LED

ORG2000H

TAB:

DB40H,79H,24H,30H,19H

DB12H,02H,78H,00H,10H

3.3功能程序设计

结束中断后转入相应的功能键程序，为加速、减速、正转、反转、暂停

ITT0:

CPLP1.5；

P1.5口取反

JNBP1.5,Z1

MOVA,#0FFH；

低电平定时

SUBBA,R0

MOVTH0,A

SETBTR0；

RETI

Z1:

MOVTH0,R0；

高电平定时

SETBTR0

INT0:

CLREX0；

实现键盘控制

MOVA,#0FFH

MOVP2,A

MOVA,P2

JNBACC.0,JIA

JNBACC.1,JIAN

JNBACC.2,FF

图3-2数码显示流程图图3-3中断子程序流程图

JNBACC.3,ZZ

JNBACC.4,TZ

AJMPCC

JIA:

CJNER0,#0FFH,AA；

实现电机加速

AA:

MOVA,R0

ADDA,#25

MOVR0,A

JIAN:

CJNER0,#00,BB；

实现电机减速

AJMPCC

BB:

SUBBA,#25

CC:

MOVA,R0；

数码显数

MOVB,#25

DIVAB

MOVB,#10

MOV40H,A

MOV41H,B

SETBEX0

FF:

SETBP1.6；

电机反传

CLRP1.7

LCALLTTS

ZZ:

CLRP1.6；

电机正转

SETBP1.7

TZ:

CLRP1.6；

实现电机停止

CLRP1.7

TTS:

MOVR3,#0E0H；

延时子程序

TT1S:

MOVR4,#40H

TT0S:

DJNZR4,TT0S

DJNZR3,TT1S

RET

END

3.4仿真图

在该设计中，利用Proteus软件进行仿真。

仿真结果如图3-4所示:

图3-4仿真图

相应电机的显示如图3-5所示

图3-5仿真结果

3.5仿真结果分析

当仿真开始运行时，各个模块处于初始状态。

点击右边的独立键盘加速或是减速按钮。

显示模块便开始显示数字，然后点击正传或是反转。

电机的驱动模块能够实现电机的正转、反转、加速、减速、停止等操作。

且改变PWM脉冲时的占空比电机的工作电压改变。

因此，从仿真结果可以看出，本设计可以得到预期的仿真效果。

心得体会

通过本次课程设计，使我学到了许多书本上无法学到的知识,也使我深刻体会到单片机技术应用领域的广泛。

不仅让我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。

在本次课程设计过程中，我学会了在网络上查找有关本设计的各硬件的资源，其中包括：

直流电机PWM调速、AT89C51单片机、L289引脚图及其引脚功能等，为本次课程设计提供了一定的资料。

在做课程设计的初期阶段，难度很大，没有头绪。

通过求助于张老师、理清了思路。

同时，在图书馆里、网上查阅资料，攻克了课程设计中的道道难题。

最后经过指导老师张老师的耐心指点和连续的奋战才算基本合格。

办事只要有了头绪，就会简单很多。

本次设计我能独立完成，算是有了很大的收获。

总的感受有以下几方面：

1、通过本次设计，我不但对单片机有了更为深入的了解，对一个课题如何画流程图，编程序等有了一定的认识。

2、进一步加强了我的动手能力和运用专业知识的能力，从中学习到如何去思考和解决问题，以及如何灵活地改变方法去实现设计方案。

特别是深刻体会到了软件和硬件结合的重要性，以及两者的联系和配合作用。

3、让我了解到单片机技术对当今人们生活的重要性。

同时这次做课程设计的经历也使我受益匪浅，让我知道做任何事情都应脚踏实地，刻苦努力地去做，只有这样，才能做好。

参考文献

[1]李朝青，《单片机原理及接口技术》（简明修订版）［M］，北京航空航天大学出版社，1998

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石，《数字电子技术基础》（第三版）［M］，高等教育出版社，1989

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[5]于永学、葛建，1-WIRE总线数字温度传感器DS18B20及应用[J]，电子产品世界，2003

[6]陈跃东，DS18B20集成温度传感器原理与应用[J]，安徽机电学院学报，2002

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[8]金伟正，单线数字温度传感器的原理与应用［J］，电子技术与应用，2000

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