基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统.docx
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基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统
第一章:
前言
1.1前言：
直流电机的定义：
将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。
近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：
模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。
而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。
并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
1.2本设计任务:
任务:
单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统
设计的主要内容以及技术参数:
功能主要包括：
1）直流电机的正转；
2）直流电机的反转；
3）直流电机的加速；
4）直流电机的减速；
5）直流电机的转速在数码管上显示；
6）直流电机的启动；
7）直流电机的停止；
第二章：
总体设计方案
总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。
键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。
电动机的运转状态通过数码管显示出来。
电动机所处速度级以速度档级数显示。
正转时最高位显示“三”，其它三位为电机转速；反转时最高位显示“F”，其它三位为电机转速。
每次电动机启动后开始显示，停止时数码管显示出“0000”。
1、系统的硬件电路设计与分析
电动机PWM驱动模块的电路设计与实现具体电路见下图。
本电路采用的是基于PWM原理的H型桥式驱动电路。
PWM电路由复合体管组成H型桥式电路构成，四部分晶体管以对角组合分为两组：
根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。
4个二极管在电路中起防止晶体管产生反向电压的保护作用，防止电动机两端的电流和晶体管上的电流过大的保护作用。
在实验中的控制系统电压统一为5v电源，因此若复合管基极由控制系统直接控制，则控制电压最高为5V，再加上三极管本身压降，加到电动机两端的电压就只有4V左右，严重减弱了电动机的驱动力。
基于上述考虑，我们运用了TLP521-2光耦集成块，将控制部分与电动机的驱动部分隔离开来。
输入端各通过一个三极管增大光耦的驱动电流；电动机驱动部分通过外接12V电源驱动。
这样不仅增加了各系统模块之间的隔离度，也使驱动电流得到了大大的增强。
在电动机驱动信号方面，我们采用了占空比可调的周期矩形信号控制。
脉冲频率对电动机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带带负载能力差脉冲频率低则反之。
经实验发现，当电动机转动平稳，但加负载后，速度下降明显，低速时甚至会停转；脉冲频率在10Hz以下，电动机转动有明显跳动现象。
而具体采用的频率可根据个别电动机性能在此范围内调节。
通过P10输入高电平信号，P11输入低电平，电机正转；通过P10输入低电平信号，P11输入高电平，电机反转；P10、P11同时为高电平或低电平时，电机不转。
通过对信号占空比的调整来对电机转速进行调节。
2、系统的软件设计
本系统编程部分工作采用KELI-C51语言完成，采用模块化的设计方法，与各子程序做为实现各部分功能和过程的入口，完成键盘输入、按键识别和功能、PWM脉宽控制和数码管显示等部分的设计。
单片机资源分配如下表：
P0
显示模块接口
键盘中断
P1
键盘模块接口
P1.0/P1.1
PWM电机驱动接口
系统时钟
①PWM脉宽控制：
本设计中采用软件延时方式对脉冲宽度进行控制，延时程序函数如下：
/*****************延时函数*************************/
delays（）
{
uchari;
for（i=5000;i>0;i--）;
}
②键盘中断处理子程序：
采用中断方式，按下键，完成延时去抖动、键码识别、按键功能执行。
要实现按住加/减速键不放时恒加或恒减速直到放开停止，就需在判断是否松开该按键时，每进行一次增加/减少一定的占空比。
③显示子程序：
利用数组方式定义显示缓存区，缓存区有8位，分别存放各个数码管要显示的值。
④定时中断处理程序：
采用定时方式1，因为单片机使用12M晶振，可产生最高约为65.5ms的延时。
对定时器置初值B1E0H可定时20ms，即系统时钟精度可达0.02s。
当20ms定时时间到，定时器溢出则响应该定时中断处理程序，完成对定时器的再次赋值，并对全局变量time加1，这样，通过变量time可计算出系统的运行时间。
3、软件设计中的特点:
对于电机的启停，在PWM控制上使用渐变的脉宽调整，即开启后由停止匀加速到默认速度，停止则由于当前速度逐渐降至零。
这样有利于保护电机。
键盘处理上采用中断方式，不必使程序对键盘反复扫描，提高了程序的效率。
第三章：
系统硬件电路设计
整体框图如下：
第四章：
系统功能调试
仿真整体图如下：
直流电机的调试功能仿真如下图：
1、正转时，电机正转，数码管最高位显示“三”,其它三位先所给定频率，如下图：
2、反转时，电机反转，数码管最高位显示“F”,其它三位先所给定频率，如下图：
3、输出波形如下：
4、加速分5档，波形依次如下：
5、减速分5档，波形如下：
第五章：
程序
见附件1
第六章：
PCB图
见附件2
第七章：
元件清单
见附件3
第8章：
心得体会
略
附件1
/***************基于单片机AT89C51的直流电机PWM调速控制系统*************/
/*******************地点：
广东松山职业技术学院************************/
/****************班级:
2009级检测技术及应用****************************/
/*****************指导老师：
张军涛***********************************/
/***************时间：
2011年7月1日***********************************/
/************头文件*********/
#include
#include
#include
/**************************/
/********自定义变量********/
#defineuintunsignedint//自定义变量
#defineucharunsignedchar
chargw,sw,bw,qw;
ucharj;//定时次数，每次20ms
ucharf=5;//计数的次数
sbitP10=P1^0;//PWM输出波形1
sbitP11=P1^1;//PWM输出波形2
sbitP12=P1^2;//正反转
sbitP13=P1^3;//加速
sbitP14=P1^4;//减速
sbitP15=P1^5;//停止
sbitP16=P1^6;//启动
uchark;
uchart;//脉冲加减
/**************************/*
/*********控制位定义********************/
ucharcodesmg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71};//程序存储区定义字型码表
chardataled[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};//位码
uintx;//数码管显示的数值
display（）;//数码管显示
delays（）;//延时函数
key（）;
displays（）;
/*****************************************/
/***************主函数********************/
main（void）
{
TMOD=0x51;//T0方式1定时计数T1方式1计数
TH0=0xb1;//装入初值20MS
TL0=0xe0;
TH1=0x00;//计数567
TL1=0x00;
TR0=1;//启动t0
TR1=1;//启动t1
gw=sw=bw=qw=0;//数码管初始化
P0=0xc0;
P2=1;
while
（1）//无限循环
{
display（）;//数码管显示
key（）;
}
}
/*****************************************/
/***************数码管显示****************/
display（）
{
uchari;
gw=x%10;//求速度个位值，送到个位显示缓冲区
sw=（x/10）%10;//求速度十位值，送到十位显示缓冲区
bw=（x/100）%10;//求速度百位值，送到百位显示缓冲区
qw=x/1000;//求速度千位值，送到千位显示缓冲区
for（i=0;i<4;）
{
P2=led[i];
if（i==0）//显示个位
{
P0=smg[gw];
delays（）;
}
elseif（i==1）//显示十位
{
P0=smg[sw];
delays（）;
}
elseif（i==2）//显示百位
{
P0=smg[bw];
delays（）;
}
elseif（i==3）//显示千位
{
if（k==0）//正转时显示"三"
{
P0=0x49;
delays（）;
}
else
{
P0=0x71;//反转时显示"F"
}
}
i++;
}
}
/*******************************************************/
/*****************延时函数*************************/
delays（）
{
uchari;
for（i=5000;i>0;i--）;
}
/************************************************/
/*********t0定时*中断函数*************/
voidt0（）interrupt1using2
{
TH0=0xb1;//重装t0
TL0=0xe0;
f--;
if（k==0）
{
if（fP10=1;
else
P10=0;
P11=0;
}
else
{
if（fP11=1;
else
P11=0;
P10=0;
}
if（f==0）
{
f=5;
}
j++;
if（j==50）
{
j=0;
x=TH1*256+TL1;//t1方式1计数，读入计数值
TH1=0x00;
TL1=0x00;
x++;
display（）;
}
}
/****************按键扫描**************/
key（）
{
if（P12==0）//如果按下，
{
while（!
P12）//去抖动
display（）;
k=~k;
}
if（P16==0）//启动
{
while（P16==0）;
IE=0x8a;
}
if（P13==0）//加速
{
while（P13==0）;
t++;
}
if（t>=5）
t=5;
if（P14==0）//减速
{
while（P14==0）;
t--;
}
if（t<1）
t=1;
if（P15==0）//停止
{
while（P15==0）;
EA=0;
P10=0;
P11=0;
}
}
/******************************************************/
附件2：
附件3：
元件
数量（个）
元件
数量（个）
光电耦合器：
TLP521-2
1
三极管8550
4
按键
5
三极管8050
5
自锁按键
1
1N4007
4
At89s52
1
四位一体数码管
1
12M晶振
1
电容104
1
Led
1
直流电机
1
电阻1K
3
电容22P
2
电阻10K
1
电解电容47P/16V
2
74LS04
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