基于单片机的直流电机控制器的设计Word格式文档下载.docx

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2.1.2直流电机结构

直流电机由定子和转子两部分组成。

在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出，直流电机结构如图2.1所示。

唱刷换向片

枢怏心

Q换向片

2.1.3直流电机工作原理

直流电机电路模型如图2.2所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abed。

当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。

根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。

图2.2直流电动机电路模型

2.1.4直流电机主要技术参数图1.1直流电机工作

直流电机的主要额定值有：

额定功率Pn：

在额定电流和电压下，电机的负载能力。

额定电压Ue：

长期运行的最高电压。

额定电流le：

长期运行的最大电流。

额定转速n：

单位时间内的电机转动快慢。

以r/min为单位

励磁电流If:

施加到电极线圈上的电流。

2.1.5直流电机PWMS速原理

（1）直流电机转速

直流电机的数学模型可用图2.3表示，由图可见电机的电枢电动势Ea的正方向和电枢电流Ia的方向相反，Ea为反电动势；

电磁转矩T的正方向和转速n的方向相同，是拖动转矩；

轴上的机械负载转矩T2及空载转矩TO均和n相反，是制动转矩。

说明：

U＞电压

'

Ea＞电枢电动势

动势平衡方程式••……T.1＞转速

I＞电枢电流

＞电枢回路电阻＞外在电枢电阻＞负载转矩•-＞空载转矩＞磁通量

U二Ea-la（Ra+Rc）式1.1

式1.1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻和电刷接触电阻的总和；

Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。

由此可得到直流电机的转速公式为：

n二Ua-IR/Ce①式1.2

式1.2中，Ce为电动势常数，①是磁通量。

由1.1式和1.2式得

n二Ea/Ce①式1.3

由式1.3中可以看出，对于一个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转矩恒定时，它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定，电枢电压越高，电机转速就越快，电枢电压降低到0V时，电机就停止转动；

改变电枢电压的极性，电机就反转。

（2）PWMfe机调速原理

对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压为2.3所示的脉动电流压（要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数），可以看出，在T不变的情况下，

改变T1和T2宽度，得到的电压将发生变化，下面对这一变化进一步推导。

最大值Vmax

设电机接全电压U时，其转速最大为Vmax。

若施加到电枢两端的脉动电

最小值Vmin

由式1.3得到:

n二Ea/Ce①~U-D/Ce①=KD

在假设电枢内阻转小的情况下式中K=U/Ce①，是常数。

图2.4为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比和转速的关系图。

由图看出转速和占空比D并不是完全速的线性关系（图中实线），原因是

电枢本身有电阻，不过一般直流电机的内阻较小，可以近视为线性关系。

由此可见，改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成，这就是直流电

机PWM调速原理。

2.1.6电机驱动模块的电路设计

根据直流电机的工作原理，从PROTEUS选取元器件如下，放置元器件、放置电源和地］连线，我们参此设计的直流电机驱动模块电路如图2.5所示

•2SK1058:

CMOSS管

•74L26:

三太门

•1N4006:

二极管

•VSCOURCE:

电源

•MOTOR-ENCODER:

直流电机

•RES:

电阻

•

图2.7定时中断服务流程图

2.2直流电机的中断键盘控制模块

2.2.1外部中断设置

（1）外部中断允许设置

中断控制寄存器IE的EXO对应INTO，EX1对应INT1，EA为中断的总开关，若要开放外部中断，只要将IE对应的位和总开关EA置1即可。

女口：

开放外部中断0的设置：

SETBEX0

SETBEA

开放外部中断0和1的设置：

SETBEXO

SETBEX1

（2）外部中断触发方式设置

单片机外部中断有两种触发方式，一种是电平触发方式，另一种是脉冲触发方式，单片机外部中断触发方式和TCON勺IT位有关。

TF1

TR1

TF0

TR0

IE1

IT1

IE0

IT0

电平触发设置方法：

CLRITX，为低电平触发方式。

脉冲触发设置方法：

SETBITX=1为脉冲下降沿触发方式。

在使用外部中断时，如果不进行设置，则为电平触发方式。

（3）外部优先级设置

外部中断IN0、INT1的中断优先级的设置是通过设置IP寄存器实现的，

IP的PX0对应INTO，PX1对应INT1oPX置1为高级中断，PX为0为低级中断。

X

PS

PT1

PX1

PT0

PX0

2.2.2外部中断扩展方法

在图2.8为外部中断扩展方法，设XI、X2、X3、X4、X5为外部警情信号，X1代表是加速信号，X1=0表示加速；

X2代表减速信号，X2=0表示减速；

X3代表正转信

X5代表停止信

号,

言号，X3=0表示正转；

X4代表反转信号,

X4=0表示反转;

X5=0表示停止处理。

P20

U?

h

—

◎WI\耳1

*

1

■®

x5

减速

匸转

反转

停止

加速

图2.8外部中断扩展电路

当系统检测到有中断请求时，响应如下中断服务流程图2.9

2.3.1引脚分布和接口信号说明

（1）引脚分布

1602液晶显示共有16个引脚，其引脚分布如图2.5所示

soua

tn□LU>

qlcmcq寸kntog

>

>

0£

：

CEILUCl口O口□□□□

JCMICOI'

t|lOt£

i|卜卜B卜［彳爭卜|

图2.101602液晶显示模块引脚分布

（2）引脚功能

1602引脚功能如表2.1所示

表2.11602引脚功能

2.3.2LCD液晶电路

图2.111602液晶显示模块组成

2.3.3显示程序流程图如3.12所示

图2.12

3直流电机PWM控制系统的实现

3.1总电路图

X1LC液晶显示

+12V

18

V1

L1

U1

2

3

4

5

6

7

8

XTAL1

P0.0/AD0

P0.1/AD1

P0.2/AD2

XTAL2

P0.3/AD3

P0.4/AD4

P0.5/AD5

P0.6/AD6

RST

P0.7/AD7

P2.0/A8

P2.1/A9

P2.2/A10

PSEN

P2.3/A11

ALE

P2.4/A12

EA

P2.5/A13

P2.6/A14

P2.7/A15

P1.0

P3.0/RXD

P1.1

P3.1/TXD

P12

P32/INT0

P13

P3.3/TNTI

P3.4/T0

P1.4

P1.5

P3.5/T1

P1.6

P3.6/WR

P1.7

P3.7/RD

AT89C51

39

9

RP1

RESPACK-8

65丨43丨2~

R4

直流电机驱动芯片

4U2

D3

图3.1

―

21力曬

22减速力_正转

24反转

75停止

「-10R5

r-L-R?

_1h

——

IN1VCC

VS

IN2

OUT1

IN3

IN4

OUT2

ENA

ENB

OUT3

SENSA

OUT4

SENSBGND

1N40

03

D4

13

14

L298

加速n

AND_5

16

17

12

14E

10

正转

停止J=1-

直流电机

D2

ORG

0000H

SJMP

DISPLAY

0003H

LJMP

BUTTON

000BH

DINGSHI

RS

EQUP3.0

RW

EQUP3.1

E

EQUP3.4

0030H

3.2总电路功能介绍

直流电机PWMS制控制系统具有加速、减速、正转、反转、停止控制功能。

操作开关通过中断控制直流电机的加速、减速、正转、反转、停止控制功能，并通过LCD液晶显示。

振荡、时钟电路和复位电路由80C51单片机内部给出直流电机转动速度由LCD液晶显示。

操作开关状态由液晶显示器显示。

3.3直流电机控制程序

外部0中断入口地址

定时中断T0入口地址

此次直流电机的设计以LCD字符夜晶的

DISPLAY:

显示程序为主程序

SETB

EA;

打开中断总开关

EX0;

打开外部中断0开关

;

打开外部中断0下降沿触发

MOV

TMOD,#01H

设置定时工作方式

TL0,#0FFH

设置定时初值

TH0,#0FFH

ET0;

打开定时中断T0开关

CLR

P0.5

P0.6

P0.7

TR0;

定时器T0开始定时

DPTR,#TAB

夜晶显示的字符首地址

R0,#00H

脉宽的初值

R1,#16;

"

SETSPEEDPLEASE"

的字符个数

R3,#00H

R4,#00H

LP9:

LCALLCHUSHI

LP2:

ACALLBUSY

A,#00H

MOVC

A,@A+DPTR

P1,A

ACALLDATAS

INC

DPTR

DJNZ

LP3:

R1,LP2

CJNE

R3,#00H,LP4

R4,#00H,LP4

SJMPLP3

LP4:

MOVR7,#00HMOVR5,#09H;

MOVP1,#0C0H

ACALLENABLE

MOVDPTR,#MMTAB

LP5:

MOVA,#00H

MOVCA,@A+DPTR

MOVP1,A

INCDPTR

DJNZR5,LP5

MOVDPTR,#STAB

MOVA,R2

MOVA,R3;

MOVA,R4;

MOVCA,@A+DPTR

中断的标志

CURRENT:

显示速度的十位

显示速度的个位

ACALLDATAS;

使夜晶始终显示当前电机的速度

LP8:

速度不变时等待

速度变时重新读入速度

使夜晶显示的一些初始设置

清屏并光标复位

设置显示模式：

8位2行5x7点阵

显示器开、光标开、光标允许闪烁

文字不动，光标自动右移

写入显示起始地址

写入控制命令的子程序

写入数据子程序

CJNER7,#00H,LP7

LJMPLP8;

LP7:

SJMPLP4

CHUSHI:

;

MOVP1,#00000001B

MOVP1,#00111000B

MOVP1,#00001111B

MOVP1,#00000110B

MOVP1,#80H;

RET

ENABLE:

SETBE

CLRRS

CLRRW

CLRE

DATAS:

SETBRS

BUSY:

MOVP1,#0FFH

SETBRW

JBP1.7,BUSY

ORG2000H

DINGSHI:

CPLP0.7

JNBP0.7,Z1

MOVA,#0FFH

SUBBA,R0

MOVTH0,A

SETBTR0

RETI

Z1:

MOVTH0,R0

准备写入数据

定时中断服务程序

周期一定

脉宽

BUTTON:

从控制键盘中读取操作命令PUSHACC

CLREX0

CLREA

INCR7;

MOVP2,A

MOVA,P2

JNBACC.0,AA0

JNBACC.1,KK0

JNBACC.2,ZZ

JNBACC.3,FF

JNBACC.4,WW0

AJMPQQ

加速操作

减速操作

AA0:

CJNER0,#0FFH,AA1

AA1:

MOVA,R0

ADDA,#5

MOVR0,A

KK0:

CJNER0,#00,MM

MM:

SUBBA,#5

QQ:

MOVB,#5

DIVAB

MOVB,#10

MOVR3,A

MOVR4,B

LCALLDELAY

POPACC

ZZ:

SETBP0.5

CLRP0.6

MOVR2,#2BHLCALLDELAYLCALLDELAYLCALLDELAYSETBEX0SETBEAPOPACCRETIFF:

CLRP0.5

SETBP0.6MOVR2,#2DHLCALLDELAYLCALLDELAYLCALLDELAYSETBEX0SETBEAPOPACC

WW0:

CLRP0.5CLRP0.6LCALLDELAYLCALLDELAYLCALLDELAYSETBEX0SETBEAPOPACC

RETIDELAY:

正转操作

正转标志"

+"

反转操作

反转标志"

-"

停止操作

延时子程序

MOVR5,#0E0H

MM0:

MOVR6,#30H

MM1:

DJNZR6,MM1

DJNZR5,MM0

TAB:

DB53H,45H,54H,20H

DB53H,50H,45H,45H;

SETSPEEDPLEASE"

代码

DB44H,20H,50H,4CH

DB45H,41H,53H,45H

STAB:

DB30H,31H,32H,33H

DB34H,35H,36H,37H;

0,1,2,3,4,5,6,7"

DB38H,39H,41H,42H;

8,9,A,B,C,D,E,F"

DB43H,44H,45H,46H

MMTAB:

DB

43H,4FH,52H,52H

45H,4EH,54H,20H

3AH

CURRENT:

END

4系统仿真

LCD液晶显示电路的系统仿真和调试：

在PROTEUS运行环境中首先检验LCD显示电路，添加程序，运行LCD液晶显示电路能，系统若运行成功将得到如图4.1。

此后在之前的电路基础之上再拓展带中断的独立式键盘，调试成功后的电路如图4.2所示。

LCD1

LM016L

LCD显示电路

SETSPEEDRLE口EE

DDDDDDDD

LCD液晶显示

SETSPEEDPLEfiSECORRENT：

-27

EDS

DDDDDDDDeWREDV

4,

6・

A

31■

29■

30■

厂

.XTAL1

P07/AD7

P27/A15

P10

P30/RXD

P1.2

P3.2/INT0~

P3.3/INT1-

P14

P34/T0

P35/T1

P17

1-

沅

3上

4~-

5上

6=

7■

8■

图4.1LCD液晶显示字符初步调试

19

RV1

29

卜XTAL1

P11

P31/TXD

P33/INTI

P1.4

P1.5

P1.6

P1.7

-39

38

P

36

35

22减速

■23正转

~24反转’

.25停止

■26

F

28

■10RS

■^71RW

■14E

21加速

u?

<

图4.2

带中断控制的LCD液晶显示

调试用带中断的键盘来控制直流电机驱动模块的部分电路,

功，将得到图4.3

!

39

38~

■33

■32

■21

22

~2T

24

25

■28

■10RS

丁11RW

12*

■14E

■15

■16

■17

J

正转.

C

停止二1

J9

若按要求调试成

9■

P0.2/