单片机直流电机PWM控制系统.docx

《单片机直流电机PWM控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机直流电机PWM控制系统.docx（20页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、课程设计报告课程：运动控制系统实践题目：单片机直流电机PwM控制系统专业班级：机器人202目录一、引言1二、系统论述12. 1设计背景13. 2设计思路12. 3系统框架设计2三、PwM脉宽调制原理33. 1PwM调速原理33. 2PWM调速方法34. 3IyWM实现方式4四、系统硬件设计54.1 系统基本组成54.1.1硬件模块组成54. 1.2维片机盛个控制模块55. 2T89C52的简介64.2.1AT89C52主要性能64.2.2AT89C52主要功能列举64.2.3AT89C52各引脚功能介绍74.24AT89C52的内部资源错误!未定义书筌.4.31.298电机驱动模块104.3.

2、11.298电机驱动简介104.3.21.298内部的原理图104.3.31.298引脚符号及功能114.3.41.298的逻辑功能114.41.ED数码管显示124.4.11.ED简介124.4.21.ED七段数码管的结构134.4.3常见数字和字符的字段码144.4.41.ED数码管和单片机的连接144.4.5简单的程序流程154.5独立式键盘控制模块154.5.1键盘的功能及分类154.5.2独立式键盘164.5.3独立式展盘与单片机的徒接16五、系统软件设计175.1 流程图175.1.1 主程序流程图17心得体会18、引言早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固

3、有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低.随着计克机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。所以，直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。微处理器诞生于上个世纪七十年代，随着集成电路大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微处理器的性价比越来越尚。此外，由于电力电子技术的发展，制作工艺的提升，使得大功率电子潜件的性能迅速提高。为微处理器普遍用于

4、控制电机提供r可能，利用微处理器控制电机完成各种新颖的,而性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业空产使用要求，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的发展出现了新的变化。二、系统论述2.1设计背景近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。直流它具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范用广:过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现顼繁的无级快速起动、制动和反转:需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直潦电机的调速提出了较高的要求，改

5、变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时通过PwM方式控制直流电机调速的方法应运而生.2.2设计思路直流电机叩I控制系统的主要功能包括：实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停，并1可以调整电机的转速，能够很方便的实现电机的智能控制.主体电路：即直流电机PHM控制模块。这部分电路主要由AT89C52单片机的I/O端门、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，能够很方便的实现电机的智能控制。其间是通过AT89C52单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到1.298驱动芯片来控制直流电机工作的，该直流电机PW

6、M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对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停控制。设计控制部分：主要由AT89C52单片机的外部中断扩展电路组成。直流电机PHY控制实现部分主要由一些二极管、电机和1.298直流电机耶动模块组成。设计显示部分：1.ED数码显示部分，实现对PWM脉宽调制占空比的实时显示。2. 3系统框架设计1.ED数得管显示PWM占空比1.298电机驱动图1H流电机PeM调速方案方案说明：直潦电机PwM调速系统以AT89C52单片机为控制核心，由命令输入模块、1.ED显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命

7、令的辘入，单片机在程序控制下，定时不断给1.298直潦电机驱动芯片发送P加!波形，H型驱动电路完成电机正，反转和急停控制：同时单片机不停的将PWY脉宽调制占空比送到1.ED数码管完成实时显示。三、PwM脉宽调制原理3. 1PWM调速原理我两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调PwM（脓冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负速、温度控制、压力控制等等7.在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电框上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小

8、的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置。如图2所示：t2图2PBM信号的占空比设电机始终接通电源时，电机转速最大为VmaX,设占空比为D=t1./T,则电机的平均速度为Va=VmaXD,其中Va指的是电机的平均速度：Vmax是指电机在全通电时的最大速度：D=1.T是指占空比由上面的公式可见，当我们改变占空比D=UfT时，就可以得到不同的电机平均速度Vd.从而达到调速的目的。严格来说，平均速度Vd与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似的看成是线性关系。3.2PWM调速方法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

9、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的值有一：种方法：A、定宽调频法：保持1.不变，只改变t,这样使周期（或频率）也随之改变卜B,调宽调频法：保持t不变，只改变H这样使周期（或频率）也随之改变,C、定频调宽法：保持周期T（或频率）不变，同时改变1.和3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框两端电压.利用单片机的定时计数器外加软件延时等方式来实现脉宽的自由调整，此种方式可简化

10、硬件电路，操作性强等优点。3. 3PWM实现方式方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。方案二：采用软件延时方式，这方式在精度上不及方案，特别是在引入中断后，将有一定的误差。故采用方案一。四、系统硬件设计3.1 系统基本组成4. 1.1硬件模块件成(1)单片机控制模块(2) 1298电机驱动模块(3) 1.ED显示模块(4)独立键盘控制模块3.3系统现件各模块电路4.1.2.单片机整个控制模块51小片机PWM控制H流电机.kH系统设计图3单片机整个控制模块这里利用定时计数器让单片机P2口的P2.6、P2.7引脚输出占空比不同的方波，然后经驱动

11、芯片1.298放大后控制直流电机。聊动芯片的输入电压是两引脚的电压差，在调速时一根引脚线为低电平，另一个引脚产生调速方波，这样两个引脚的电压差就可通过控制其中一个引脚来控制。当需要改变电机转动方向时,两个引脚的输出相反。定时计数器若干时间(IUS)中断一次，就使P2.6或P2.7产生一个高电平或低电平。直流电机的速度分成100个等级，因此一个周期就有100个脉冲，周期为一百个脉冲的时间，速度等级对应一个周期的高电平脉冲的个数。占空比为高电平脉冲个数占个周期总脉冲个数的百分数。个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。占空比越大，加在电机两端的电压越大，电机转动越快。电机的平均速度等于在一

12、定的占空比卜电机的最大速度乘以占空比。当我们改变占空比时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。精确的讲，平均速度与占空比并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似看成线性关系。4.2AT89C52的简介4.2.1AT89C52主要性能T89C52是一种低功耗、海性能CM0S8位微控制器，具有8K在系统可编程F1.ash存储器。使用八tme1.公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和升脚完全兼容。片上F1.aSh允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程1.1.ash,使得AT89C52为众多嵌入式控制应

13、用系统提供高灵活、起有效的解决方案。与MCS-51单片机产品兼容：8K字节在系统可编程FIaSh存储器：100O次擦写周期；全静态操作：OHZ33Hz；三级加密程序存储器:32个可编程I/O门线：三个16位定时器/计数器;八个中断源:全双工UART串行通道：低功耗空闲和掉电模式:掉电后中断可唤醒：看门狗定时器：双数据指针：掉电标识符.4, 2.2AT89C52主要功能列举1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FIaSh2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）3、内部程序存储器（RoM）为8KB4、内部数据存储器（RAVD为256字节5, 32个可编程I/O门线6、8个中断向量

14、源7.，个16位定时器/计数器8、三级加密程序存储器9、全双工UART串行通道4.2.3AT89C52各引脚功能介绍P1.OVCCI11VkaK*n1*1.1A1.A1.VP1.JAD1.PO1.D1.1AaT111*1.JP1.4ADXPO.3P1.5AD4P0.4P1.6ADSPOSP!.7AD6P0.6iraT1rK51A1./*FU.1P3.0)!EatpIrrAfFPPAr.1.I.V11.X,.riKJP3.MINT0!PSENP33.!INT1.AISP2.7P34T0A14/P2.6P3.V1AB2.5P3&WRAI2/P2.4P3.7!WAiIg.3XT1.21O12.2XTA1.IAPzP2IGNDA8/P2.026162517718J3192021图4A89C52VCC：AT89C52电源正端输入，接+5V.VSS：电源地端。XT1.1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAI.2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在XTA1.1.和XTA1.2上接上只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入20PF的小电容，可以使系统更稔定，避免噪声干扰而死机“RESET：AT89C52的重置引脚，高电平动作,当要对晶片重置时,只要对此引脚电平提升至电平并保持两个机