PSOC直流电机控制设计实验指导.docx
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PSOC直流电机控制设计实验指导
实验六直流电机控制设计实验
一、实验目的：
1、学习直流电机的工作原理。
2、学习采用PSOC单片机进行直流电机控制的编程设计。
二、实验原理：
（一）直流电机工作原理
直流电机有定子和转子两大部分组成，定子上有磁极（绕组式或永磁式），转子有绕组，通电后，转子上也形成磁场（磁极），定子和转子的磁极之间有一个夹角，在定转子磁场（N极和S极之间）的相互吸引下，是电机旋转。
改变电刷的位子，就可以改变定转子磁极夹角（假设以定子的磁极为夹角起始边，转子的磁极为另一边，由转子的磁极指向定子的磁极的方向就是电机的旋转方向）的方向，从而改变电机的旋转方向。
（二）直流电动机的PWM调压调速
直流电动机转速n的表达式为：
式中U为电枢端电压;I为电枢电流;R为电枢电路总电阻;
为每相磁通量;K为电机参
数。
由直流电动机的控制原理知，绝大多数直流电动机采用开关驱动对电机电枢电压
的控制。
PWM波是一种脉宽可控制波，通过调整脉宽的大小来控制电机电枢电压，实
现电机调速。
定频调宽是一种最常见的脉宽调制方式，它使脉冲波的频率（或周期）保
持不变，只调整脉冲宽度。
PWM的调压调速原理如图所示：
图11-1PWM调速原理和电压波形
当开关管MOSFET的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有
电压
；
秒后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电机电枢两端电压为0。
秒后栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。
电机的电枢绕组两端的电压平均值为
：
式中
为占空比，
，占空比
表示了一个周期T里，开关管导通时
间与周期的比值。
A的变化范围为
。
由此式可知，当电源电压
不变的情况下，电枢的端电压的平均值取决于占空比
的大小，改变
值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速目的。
三、实验器材：
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
PSOC开发板
CY8CKIT-030
1
2
电脑
1
四、实验内容：
1．连接直流电机的实验电路
2．编程设计实现直流电机的调速控制
五、实验步骤
步骤一：
新建一个工程，命名为DC_Motor
步骤二：
绘制原理图
1.配置PWM模块
（1）拖动并在工作窗口放置PWM器件（ComponentCatalog->Digital->Functions->PWM）。
（2）双击原理图的器件PWM_1，打开配置窗口。
（3）按如下方式配置PWM；
如下图，在Advanced标签下，进行如下配置：
点击“OK”按扭，退出属性设置界面。
2．配置数字输入端口
（1）拖动并将数字端口的器件放到工作窗口（ComponentCatalog->PortsandPins->Digital
InputPin）。
（2）．双击原理图中的Pin_1打开配置窗口
如下图所示，在Type标签下，进行如下参数配置
如此配置另外4个输入SW2，SW3，SW4，SW5。
3．配置数字输出端口
（1）拖动并将数字端口的器件放到工作窗口（ComponentCatalog->PortsandPins->Digital
OutputPin）。
（2）双击，打开配置窗口，按照如下方式配置数字端口
如此配置另外1个输出PWM2
4．配置时钟模块
（1）从元件库选择时钟模块（ComponentCatalog->System->Clock），将其拖到原理图工作
窗口界面中。
（2）如下图所示，双击Clock_1按如下方式进行配置：
其余均为默认值。
（3）点击“OK”按扭，退出配置界面。
5．配置LCD模块
（1）从元件库选择时钟模块（ComponentCatalog->Display->CharacterLCD[V1.90]），将其拖到原理图工作窗口界面中
（2）如下图所示，双击该模块修改名称为LCD
6、添加一个clock模块跟一个Timer模块，按下图配置clock模块及Timer模块
7、放置一个counter模块，按下图配置counter模块
8、放置一个inputpin模块，按下图进行配置
9．配置逻辑高低控制端口
（1）从元件库选择逻辑低模块（ComponentCatalog->Digital->Logic->LogicLow‘0’），将其
拖到原理图工作窗口界面中。
（2）从元件库选择逻辑低模块（ComponentCatalog–>Digital->Logic->LogicHigh‘1’），将
其拖到原理图工作窗口界面中。
最终原理图如下
10．分配引脚
（1）在WorkspaceExplorer窗口，双击DC_Motor.cydwr。
（2）如下图所示，点击选项Port。
（3）分配引脚。
11、搭建硬件
外接驱动电路原理图如下：
实物图如下：
电机红线接5V电压，黑线接地，绿线跟白线分别为A与B的输出，分别将他们与P1[6]连接则可分别读出各端口输出的转速即LCD上的Speed的值。
步骤三：
编写软件程序
给出main.c主程序代码，并对代码进行了分析：
#include
intmain（）
{
uint8PWMCompare;
uint16a;
uint8bSwitchState1=0;
uint8bSwitchState2=0;
uint8bSwitchState3=0;
uint8bSwitchState4=0;
uint8bSwitchState5=0;
PWM_Start（）;
Timer_Start（）;
Counter_Start（）;
LCD_Start（）;
LCD_Init（）;
LCD_Position（0,0）;
LCD_PrintString（"PWMCompare:
"）;
LCD_Position（1,0）;
LCD_PrintString（"Speed:
"）;
LCD_Position（1,11）;
LCD_PrintString（"r/min"）;
PWM_WriteCompare（50）;
LCD_Position（0,13）;
LCD_PrintNumber（PWM_ReadCompare（））;
for（;;）
{
/*占空比增大*/
bSwitchState1<<=1;
bSwitchState1&=0xFE;
bSwitchState1|=（（SW1_Read（））^0x01）;
if（bSwitchState1==0xFE）
{
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
}
/*占空比减小*/
bSwitchState2<<=1;
bSwitchState2&=0xFE;
bSwitchState2|=（（SW2_Read（））^0x01）;
if（bSwitchState2==0xFE）
{
while（!
SW2_Read（））;
PWMCompare=PWM_ReadCompare（）;
if（PWMCompare>0）
PWMCompare=PWMCompare-1;
else
PWMCompare=0;
PWM_WriteCompare（PWMCompare）;
LCD_Position（0,13）;
LCD_PrintNumber（PWMCompare）;
if（PWMCompare==9）
{
LCD_Position（0,14）;
LCD_PrintString（""）;
}
if（PWMCompare==99）
{
LCD_Position（0,15）;
LCD_PrintString（""）;
}
}
/*跳到全速正转*/
bSwitchState3<<=1;
bSwitchState3&=0xFE;
bSwitchState3|=（（SW3_Read（））^0x01）;
if（bSwitchState3==0xFE）
{
while（!
SW3_Read（））;
PWM_WriteCompare（79）;
PWMCompare=PWM_ReadCompare（）;
LCD_Position（0,13）;
LCD_PrintNumber（PWMCompare）;
LCD_Position（0,15）;
LCD_PrintString（""）;
}
/*跳到全速反转*/
bSwitchState4<<=1;
bSwitchState4&=0xFE;
bSwitchState4|=（（SW4_Read（））^0x01）;
if（bSwitchState4==0xFE）
{
while（!
SW4_Read（））;
PWM_WriteCompare（21）;
PWMCompare=PWM_ReadCompare（）;
LCD_Position（0,13）;
LCD_PrintNumber（PWMCompare）;
LCD_Position（0,15）;
LCD_PrintString（""）;
}
/*停止*/
bSwitchState5<<=1;
bSwitchState5&=0xFE;
bSwitchState5|=（（SW5_Read（））^0x01）;
if（bSwitchState5==0xFE）
{
while（!
SW5_Read（））;
PWM_WriteCompare（50）;
PWMCompare=PWM_ReadCompare（）;
LCD_Position（0,13）;
LCD_PrintNumber（PWMCompare）;
LCD_Position（0,15）;
LCD_PrintString（""）;
}
/*测速*/
if（Timer_ReadCounter（）==0）
{
a=（Counter_ReadCounter（）*120）/448;
LCD_Position（1,7）;
LCD_PrintNumber（a）;
Counter_WriteCounter（0）;
if（PWMCompare>=50）
{
LCD_Position（1,6）;
LCD_PrintString（""）;
}
else
{
LCD_Position（1,6）;
LCD_PrintString（"-"）;
}
if（a==0）
{
LCD_Position（1,6）;
LCD_PrintString（""）;
LCD_Position（1,8）;
LCD_PrintString（""）;
}
}
}
}
在（。
。
。
。
。
。
。
）处添加占空比增大及增大后液晶上如何变化的代码
no
yes
在主界面下选择Build菜单，点击DC_Motor，编译软件
步骤四：
运行调试
（1）下载程序到开发板并运行
（3）按开关，改变占空比比较值来改变转速；按开关，控制电机正反转和停止。
六、实验注意事项及规范
1.实验开始前检查并关闭电源，检查实验器材是否齐全。
2.实验过程中，接线时注意安全，严格按照接线规则接线，避免造成设备的损坏。
3.实验结束后，关闭设备电源，整理好实验桌后即可离去。
七、实验报告要求
1．根据标准实验报告要求完整说明实验内容、实验步骤，实验器材等相关内容。
2．正确说明实验原理：
3．实验结果及结果分析要求：
（1）编制程序并加以必要的注释
（2）程序执行结果
4．实验思考题
①根据程序解释一下五个按键的功能分别是什么？
从上到下依次为：
增加占空比；减小占空比；全速正转；全速反转；关闭。
②请阐述一下测速那段程序中LCD是如何显示的，与你所观察的一样吗？
占空比越大转速越大，一致。
③在下面表格中记录电机的转速
PWMCompare
0
10
15
85
100
A口
-670
-419
-288
252
653
B口
-677
-416
-272
364
659
注：
若调到有些值时电机不转且转速仍为零，则是因为占空比不够无法启动电机，那么需要继续调整直到电机转动了再调到该值去读取数据
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