基于單片機(jī)at89s52的直流電機(jī)pwm調(diào)速控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　第一章:前言</b></p><p><b>　　1.1 前言：</b></p><p>　　直流電機(jī)的定義：將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(直流電動(dòng)機(jī))或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 </p><p>　　近年來，隨著科技的進(jìn)步，直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，直流具有優(yōu)良的調(diào)速

2、特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣，過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無極快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，需要滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊要求，從而對直流電機(jī)提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代科技的要求，這是通過PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法就應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　采取傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下的缺陷：模擬電路容易隨時(shí)間飄移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以

3、及對噪聲敏感等。而用PWM技術(shù)后，避免上述的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式控制模擬信號(hào)，可以大幅度減低成本和功耗。并且PWM調(diào)速系統(tǒng)開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得平滑的直流電流，低速特性好；同時(shí)，開關(guān)頻率高，快響應(yīng)特性好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)，可獲很寬的頻帶；開關(guān)元件只需工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置的效率高，具有節(jié)約空間、經(jīng)濟(jì)好等特點(diǎn)。</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多場合，都要求有

4、直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)速，諸如汽車行業(yè)中的各種風(fēng)扇、刮水器、噴水泵、熄火器、反視鏡、賓館中的自動(dòng)門、自動(dòng)門鎖、自動(dòng)窗簾、自動(dòng)給水系統(tǒng)、柔巾機(jī)、導(dǎo)彈、火炮、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、飛機(jī)、坦克、火箭、雷達(dá)、戰(zhàn)車等場合。</p><p><b>　　1.2本設(shè)計(jì)任務(wù):</b></p><p>　　任務(wù): 單片機(jī)為控制核心的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)</p&g

5、t;<p>　　設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容以及技術(shù)參數(shù):</p><p><b>　　功能主要包括：</b></p><p><b>　　直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)；</b></p><p><b>　　直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)；</b></p><p><b>　　直流電機(jī)的加速；&l

6、t;/b></p><p><b>　　直流電機(jī)的減速；</b></p><p>　　直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速在數(shù)碼管上顯示；</p><p><b>　　直流電機(jī)的啟動(dòng)；</b></p><p><b>　　直流電機(jī)的停止；</b></p><p>　　第

7、二章：總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　總體設(shè)計(jì)方案的硬件部分詳細(xì)框圖如圖一所示。</p><p>　　鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過P1.0與P1.1其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過信號(hào)放大、光耦傳遞，驅(qū)動(dòng)H型橋式電動(dòng)機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示出來。電動(dòng)機(jī)所處速度級(jí)以速度檔級(jí)數(shù)顯示。正轉(zhuǎn)時(shí)最高位顯示“三”

8、，其它三位為電機(jī)轉(zhuǎn)速；反轉(zhuǎn)時(shí)最高位顯示“F”，其它三位為電機(jī)轉(zhuǎn)速。每次電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后開始顯示，停止時(shí)數(shù)碼管顯示出“0000”。 </p><p>　　1、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　電動(dòng)機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具體電路見下圖。本電路采用的是基于PWM原理的H型橋式驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　PWM電路由復(fù)合體管組成H型橋式電路構(gòu)成，四部分

9、晶體管以對角組合分為兩組：根據(jù)兩個(gè)輸入端的高低電平?jīng)Q定晶體管的導(dǎo)通和截止。4個(gè)二極管在電路中起防止晶體管產(chǎn)生反向電壓的保護(hù)作用，防止電動(dòng)機(jī)兩端的電流和晶體管上的電流過大的保護(hù)作用。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中的控制系統(tǒng)電壓統(tǒng)一為5v電源，因此若復(fù)合管基極由控制系統(tǒng)直接控制，則控制電壓最高為5V，再加上三極管本身壓降，加到電動(dòng)機(jī)兩端的電壓就只有4V左右，嚴(yán)重減弱了電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力?；谏鲜隹紤]，我們運(yùn)用了TLP52

10、1-2光耦集成塊，將控制部分與電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分隔離開來。輸入端各通過一個(gè)三極管增大光耦的驅(qū)動(dòng)電流；電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部分通過外接12V電源驅(qū)動(dòng)。這樣不僅增加了各系統(tǒng)模塊之間的隔離度，也使驅(qū)動(dòng)電流得到了大大的增強(qiáng)。</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)方面，我們采用了占空比可調(diào)的周期矩形信號(hào)控制。脈沖頻率對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶帶負(fù)載能力差脈沖頻率低則反之。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，但加負(fù)載后，速度

11、下降明顯，低速時(shí)甚至?xí)＾D(zhuǎn)；脈沖頻率在10Hz以下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有明顯跳動(dòng)現(xiàn)象。而具體采用的頻率可根據(jù)個(gè)別電動(dòng)機(jī)性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過P10輸入高電平信號(hào)，P11輸入低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)；通過P10輸入低電平信號(hào)，P11輸入高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)；P10、P11同時(shí)為高電平或低電平時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。通過對信號(hào)占空比的調(diào)整來對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　2、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b><

12、/p><p>　　本系統(tǒng)編程部分工作采用KELI-C51語言完成，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，與各子程序做為實(shí)現(xiàn)各部分功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識(shí)別和功能、PWM脈寬控制和數(shù)碼管顯示等部分的設(shè)計(jì)。</p><p>　　單片機(jī)資源分配如下表：</p><p>　　①PWM脈寬控制：本設(shè)計(jì)中采用軟件延時(shí)方式對脈沖寬度進(jìn)行控制，延時(shí)程序函數(shù)如下：</p>&

13、lt;p>　　/*****************延時(shí)函數(shù)*************************/</p><p><b>　　delays()</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p&g

14、t;　　for(i=5000;i>0;i--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　?、阪I盤中斷處理子程序：采用中斷方式，按下鍵，完成延時(shí)去抖動(dòng)、鍵碼識(shí)別、按鍵功能執(zhí)行。</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)按住加/減速鍵不放時(shí)恒加或恒減速直到放開停止，就需在判斷是否松開該按鍵時(shí)，每進(jìn)行一次增加/減少一定的占空比。</

15、p><p>　　③顯示子程序：利用數(shù)組方式定義顯示緩存區(qū)，緩存區(qū)有8位，分別存放各個(gè)數(shù)碼管要顯示的值。</p><p>　?、芏〞r(shí)中斷處理程序：采用定時(shí)方式1，因?yàn)閱纹瑱C(jī)使用12M晶振，可產(chǎn)生最高約為65.5ms的延時(shí)。對定時(shí)器置初值B1E0H可定時(shí)20ms，即系統(tǒng)時(shí)鐘精度可達(dá)0.02s。當(dāng)20ms定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)器溢出則響應(yīng)該定時(shí)中斷處理程序，完成對定時(shí)器的再次賦值，并對全局變量time加1

16、，這樣，通過變量time可計(jì)算出系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。</p><p>　　3、軟件設(shè)計(jì)中的特點(diǎn):</p><p>　　對于電機(jī)的啟停，在PWM控制上使用漸變的脈寬調(diào)整，即開啟后由停止勻加速到默認(rèn)速度，停止則由于當(dāng)前速度逐漸降至零。這樣有利于保護(hù)電機(jī)。鍵盤處理上采用中斷方式，不必使程序?qū)︽I盤反復(fù)掃描，提高了程序的效率。</p><p>　　第三章：系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)<

17、/p><p><b>　　整體框圖如下：</b></p><p>　　第四章：系統(tǒng)功能調(diào)試</p><p><b>　　仿真整體圖如下：</b></p><p>　　直流電機(jī)的調(diào)試功能仿真如下圖：</p><p>　　1、正轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，數(shù)碼管最高位顯示“三”,其它三位先所給定

18、頻率，如下圖：</p><p>　　2、反轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，數(shù)碼管最高位顯示“F”,其它三位先所給定頻率，如下圖：</p><p><b>　　3、輸出波形如下：</b></p><p>　　4、加速分5檔，波形依次如下：</p><p>　　5、減速分5檔，波形如下：</p><p><b&

19、gt;　　第五章：程序</b></p><p><b>　　見附件1</b></p><p><b>　　第六章：PCB圖</b></p><p><b>　　見附件2</b></p><p><b>　　第七章：元件清單</b></p&

20、gt;<p><b>　　見附件3</b></p><p><b>　?。盒牡皿w會(huì)</b></p><p><b>　　略</b></p><p><b>　　附件1</b></p><p>　　#include<reg51.h>

21、 </p><p>　　#include<absacc.h> </p><p>　　#include <intrins.h> </p><p>　　#define uint unsigned int //自定義變量</p><p>　　#def

22、ine uchar unsigned char </p><p>　　char gw,sw,bw,qw;</p><p>　　uchar j; //定時(shí)次數(shù)，每次20ms</p><p>　　uchar f=5; //計(jì)數(shù)的次數(shù)</p><p>　　sbit P10=P1^0; //PWM輸出波形1</p>&l

23、t;p>　　sbit P11=P1^1; //PWM輸出波形2</p><p>　　sbit P12=P1^2; //正反轉(zhuǎn)</p><p>　　sbit P13=P1^3; //加速</p><p>　　sbit P14=P1^4; //減速</p><p>　　sbit P15=P1^5; //停

24、止</p><p>　　sbit P16=P1^6; //啟動(dòng)</p><p><b>　　uchar k;</b></p><p>　　uchar t; //脈沖加減</p><p>　　/*********控制位定義********************/</p><p>　　uc

25、har code smg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71};//程序存儲(chǔ)區(qū)定義字型碼表</p><p>　　char data led[4]={0x08,0x04,0x02,0x01}; //位碼</p><p>　　uint x; //數(shù)碼管顯示的數(shù)值</p>

26、<p>　　display(); //數(shù)碼管顯示 </p><p>　　delays(); //延時(shí)函數(shù)</p><p><b>　　key();</b></p><p>　　displays();</p><p>　　/***********************************

27、******/</p><p>　　/***************主函數(shù)********************/</p><p>　　main (void)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TMOD=0x51; //T0方式1 定時(shí)計(jì)數(shù)T1方式1計(jì)數(shù)</p>&

28、lt;p>　　TH0=0xb1; //裝入初值 20MS</p><p><b>　　TL0=0xe0;</b></p><p>　　TH1=0x00; // 計(jì)數(shù)567</p><p><b>　　TL1=0x00;</b></p><p>　　TR0=1;

29、//啟動(dòng) t0</p><p>　　TR1=1; //啟動(dòng)t1</p><p>　　gw=sw=bw=qw=0; //數(shù)碼管初始化</p><p><b>　　P0=0xc0;</b></p><p><b>　　P2=1;</b></p><p>　　whil

30、e(1) //無限循環(huán)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　display(); //數(shù)碼管顯示</p><p><b>　　key();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b

31、>　　}</b></p><p>　　/***************數(shù)碼管顯示****************/</p><p><b>　　display()</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i;

32、 </p><p>　　gw=x%10; //求速度個(gè)位值，送到個(gè)位顯示緩沖區(qū)</p><p>　　sw=(x/10)%10; //求速度十位值，送到十位顯示緩沖區(qū)</p><p>　　bw=(x/100)%10; //求速度百位值，送到百位顯示緩沖區(qū)</p><p>　　qw=x/1000;

33、 //求速度千位值，送到千位顯示緩沖區(qū)</p><p>　　for(i=0;i<4;)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2=led[i];</p><p>　　if(i==0) //顯示個(gè)位</p><p><b>

34、　　{</b></p><p>　　P0=smg[gw];</p><p><b>　　delays();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(i==1) //顯示十位</p><p><b>　　

35、{</b></p><p>　　P0=smg[sw];</p><p><b>　　delays();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(i==2) //顯示百位</p><p><b>　　{<

36、/b></p><p>　　P0=smg[bw];</p><p><b>　　delays();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(i==3) //顯示千位</p><p><b>　　{</b&

37、gt;</p><p>　　if(k==0)//正轉(zhuǎn)時(shí)顯示"三"</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0=0x49;</b></p><p><b>　　delays();</b></p><p&g

38、t;<b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0=0x71; //反轉(zhuǎn)時(shí)顯示"F"</p><p><b>　　}</b></p>

39、;<p><b>　　} </b></p><p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　delays()</b>

40、;</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(i=5000;i>0;i--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void t0() inte

41、rrupt 1 using 2</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=0xb1; //重裝t0</p><p><b>　　TL0=0xe0;</b></p><p><b>　　f--;</b></p><p><

42、b>　　if(k==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(f<t)</b></p><p><b>　　P10=1;</b></p><p><b>　　else </b><

43、/p><p><b>　　P10=0;</b></p><p><b>　　P11=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{<

44、;/b></p><p><b>　　if(f<t)</b></p><p><b>　　P11=1;</b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　P11=0;</b></p><p&

45、gt;<b>　　P10=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(f==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　f=5;</b></p&g

46、t;<p><b>　　} </b></p><p><b>　　j++;</b></p><p><b>　　if(j==50)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　j=0;</b&

47、gt;</p><p>　　x=TH1*256+TL1; //t1方式1計(jì)數(shù)，讀入計(jì)數(shù)值</p><p><b>　　TH1=0x00;</b></p><p><b>　　TL1=0x00;</b></p><p><b>　　x++;</b></p><

48、;p>　　display();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************按鍵掃描**************/</p><p><b>　　key()</b></p>

49、<p><b>　　{</b></p><p>　　if(P12==0) //如果按下，</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!P12) //去抖動(dòng)</p><p>　　display(); </p><p&

50、gt;<b>　　k=~k;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　if(P16==0) //啟動(dòng)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(P16==0);</p><p>&l

51、t;b>　　IE=0x8a;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　if(P13==0) //加速</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while (P13==0);</p><p&g

52、t;<b>　　t++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(t>=5)</b></p><p><b>　　t=5;</b></p><p>　　if(P14==0) //減速</p>

53、<p><b>　　{</b></p><p>　　while(P14==0);</p><p><b>　　t--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(t<1)</b></p>

54、<p><b>　　t=1;</b></p><p>　　if(P15==0) //停止</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(P15==0);</p><p><b>　　EA=0;</b></p&g

55、t;<p><b>　　P10=0;</b></p><p><b>　　P11=0;</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*******************