直流电机调速系统.docx
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直流电机调速系统
课程设计
设计题目:
直流电动机调速系统
学院:
机电汽车工程学院
专业:
测控技术
班级:
组员:
指导教师:
姓名:
学号:
一、摘要
二、课程设计要求
三、直流电动机调速概述
(一)直流电机结构
(二)直流电机工作原理
(三)直流电机PWM调速原理
四、课程设计思路简介
五、整体电路设计
(一)单片机芯片
(二)直流电动机驱动电路的设计
(三)复位与晶振电路
(四)正反转操纵电路设计
(五)PWM脉冲操纵电路设计
六、软件设计
(一)硬件的分派如下表所示
(二)软件流程如以下图所示
(三)整体程序
七、整体电路图和单片机输出的PWM脉冲波形图
一、摘要
本文要紧研究了利用MCS-51系列单片机操纵PWM信号从而实现对直流电机转速进行操纵的方式。
文章中采纳了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统,而且对PWM信号的原理、产生方式和如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调剂,从而操纵其输入信号波形等均作了详细的论述。
另外,本文中还采纳了芯片L298作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块,而且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的操纵。
另外,本文利用proteus仿真软件对所设计的电路进行仿真分析,发觉和解决问题并实现功能。
同时利用keil软件进行汇编语言编程设计。
关键词:
PWMX信号、直流电机驱动、proteus、keil
二、课程设计要求
本设计一MCS-51系列单片机为核心,采纳经常使用电子器件设计,一个启动开关一个停止开关,一个正向开关,一个反向开关,八位拨码开关负责设置占空比进行脉冲宽度调制,可实现电动机的正转、反转、刹车、滑行,四种状态,并可依照占空比调剂转速。
三、直流电动机调速概述
(一)直流电机结构
直流电机由定子和转子两部份组成。
在定子上装有磁极,转子由硅钢片叠压而成,转子外圆有槽,槽内嵌有电枢绕组,绕组通过换向片和电刷引出,直流电机结构如以下图所示
(二)直流电机工作原理
由上图可知,磁极N、S间装着一个能够转动的铁磁圆柱体,圆柱体的表面固定线圈abcd。
当线圈中流过电流时,线圈受到电磁力作用,产生旋转。
依照左手定那么可知,当流过线圈中的电流方向改变时,线圈受力的方向也改变,因此通过改变线圈电流的方向实现改变电机的方向。
(三)直流电机PWM调速原理
关于直流电机来讲,若是加在电枢两头的电压为右图所示的脉动电压,能够看出,在T不变的
情形下,改变
和
宽度,电压将发生转变。
下面对这一转变作进一步的推导。
设电机接全电压U时,其转速最大为
。
假设施加到电枢两头的脉动电压占空比为D=
/T,那么电枢的平均电压为
=
则
以下图为施加不同的占空比时测的的转速与占空比的关系图
四、课程设计思路简介
⑴选用ATMEL公司89C51单片机,它具有16KB的内部ROM,2个按时器/计数器,2个外部中断。
⑵通过外部中断来读取操纵按钮的的动作。
⑶通过L298驱动芯片来实现电机的驱动。
⑷通过PWM技术来操纵电动机速度的操纵。
五、整体电路设计
(一)单片机芯片
本设计选择AT89C51单片机芯片实现
89C51是MCS-51系列单片机中的一个子系列,是一族高性能兼容型单片机。
其内部资源分派和性能如下;8位CPU;寻址能力2X64K;4KB的内部ROM和128B内部RAM;四个8位I/O接口电路;一个串行全双工异步接口;五个中断源和两个中断优先级;采纳CMOS工艺电流小,低功耗。
80C51各引脚要紧功能简介:
(1)Vss(20脚):
接地
(2)VCC(40脚):
主电源+5V
(3)XTAL1(19脚):
接外部晶体的一端。
在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。
在采纳外部时钟时,关于HMOS单片机,该端引脚必需接地;关于CHMOS单片机,此引脚作为驱动端。
XTAL2(18脚):
接外部晶体的另一端。
在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端,振荡电路的频率是晶体振荡频率。
假设需采纳外部时钟电路,关于HMOS单片机,该引脚输入外部时钟脉冲;关于CHMOS单片机,此引脚应悬浮。
(4)RST(9脚):
单片机刚接上电源时,其内部各寄放器处于随机状态,在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位(RESET)
(5)PSEN(29脚):
在访问片外程序存储器时,此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。
CPU在向片外存储器取指令期间,PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。
只是,在访问片外数据存储器时,这两次有效PSEN信号不显现。
PSEN端一样可驱动8个LSTTL负载。
咱们依照PSEN、ALE和XTAL2输出端是不是有信号输出,能够判别80C51是不是在工作。
(6)ALE/PROG(30脚):
地址锁存许诺/编程线。
51系列单片机为了减少外部引脚的数量,采纳了地址/数据总线复用技术,ALE信号为振荡器频率的1/6,在访问片外存储器时,ALE信号输出的脉冲下降沿用于锁存p0口输出的低八位地址线,与p2口结合形成16位地址总线;在不访问外部存储器时,该引脚仍以不变的频率周期性的输出脉冲信号,能够用作对外输出的时钟或按时的目的。
但要注意在访问外部数据存储器期间,将跳空一个ALE脉冲,现在不宜作为时钟输出。
(7)EA/VPP(31脚):
当EA端输入高电平常,CPU从片内程序存储器地址0000单元开始执行程序。
本地址超出4KB时,将自动执行片外程序存储器的程序。
当EA输入低电平常,CPU仅访问片外程序存储器。
在对87C51EPROM编程时,此引脚用于施加编程电压VPP。
(8)输入/输出引脚:
1)—(39脚—32脚)
2)—(01脚—08脚)
3)—(26脚—21脚)
4)—(10脚—17脚)
(单片机内部组成)(单片机引脚图)
(二)直流电动机驱动电路的设计
一、利用L298芯片驱动电动机电路
(L298芯片驱动电机电路)
L298双H桥直流电机驱动板能够驱动两台直流电动机,使能端ENA、ENB为高电平常有效,假设要对直流电动机进行PWM调速,需要设置IN一、IN2,确信电动机的转动方向,然后对使能端输出PWM脉冲,即可实现调速,操纵方式及直流电机状态如下表所示:
(图L298N逻辑图)
(图L298N内部逻辑图)
L298引脚符号及功能:
SENSA、SENSB:
别离为两个H桥的电流反
馈脚,不历时能够直接接地
ENA、ENB:
使能端,输入PWM信号
IN一、IN二、IN3、IN4:
输入端,TTL逻辑
电平信号
OUT一、OUT二、OUT3、OUT4:
输出端,
与对应输入端同逻辑
VCC:
逻辑操纵电源,~7V
GND:
接地
VSS:
电机驱动电源,最小值需比输入的低
电平电压高
二、利用L6203芯片驱动电动机
(L6203芯片内部原理图)
假设要利用L6203驱动直流电动机,需加放大电路,续流电路,考虑到电路实现方面的简便性,咱们选择利用L298芯片进行驱动。
(L6203驱动电机电路图)
(三)复位与晶振电路
(复位电路设计)(晶振电路设计)
XTAL1和XTAL2的两头用来连接石英晶体和外接电容,即用来连接片内OSC的按时反馈回路。
石英起振后应能在XTAL2线上输入一个3V左右的正弦波,以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。
(四)正反转操纵电路设计
依照课题要求,一个启动开关、一个停止开关、一个正向开关、一个反向开关,可实现电动机的正转、反转、刹车、滑行,四种状态,在设计进程中,考虑到要利用单片机实现功能,咱们设计了开关与单片机的接口电路具体电路如以下图所示。
(正反转操纵电路设计)
本电路利用一般按键开关,辅以74ls09与门芯片实现正反转操纵。
74ls09芯片如下介绍。
四2输入与门(OC),09为集电集开路输出的四组2输入端与门(正逻辑)。
(图74ls09逻辑图)
(五)PWM脉冲操纵电路设计
(PWM脉冲操纵电路)
电路如下图,为八位开关,操纵P0口高低电平,由单片机读取后操纵输出PWM波的占空比,从而能够操纵电动机的速度。
六、软件设计
(一)硬件的分派如下表所示
名称
功能描述
控制开关输入
电机控制开关输入
外部中断INT0
电机控制开关有输入指示
PWM波输出
控制电机驱动芯片输出
(二)软件流程如以下图所示
(三)整体程序
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H;判定中断状态
LJMPINT00
ORG000BH;判定按时器0中断状态
LJMPIT00
MAIN:
MOVSP,#60H;初始指定一个堆栈地址
MOVTMOD,#01H;确信按时中断方式
MOVTH0,#0FFH;置初值
MOVTL0,#0FFH
CLR;初始化
CLR
CLR
CLRIT0;低电平触发
CLRC;清零标志位
SETBEA;开总开关
SETBEX0;开外部中断开关
SETBET0;开按时中断开关
SETBTR0;按时中断开启
SJMP$;等待中断
INT00:
CLREX0
MOVP2,#0FFH;读P2口状态
MOVA,P2
JNB,SC1;跳转到刹车子程序
JNB,ZZ1;跳转到正转子程序
JNB,FZ1;跳转到反转子程序
JNB,TZ1;跳转到停止子程序
SETBEX0
RETI
SC1:
LCALLTTS;软件延时去抖
LCALLTTS
JNB,SC
RETI
SC:
SETB;操纵L298刹车
SETB
LCALLTTS
LCALLTTS
LCALLTTS
SETBEX0
RETI
ZZ1:
LCALLTTS;软件延时去抖
LCALLTTS
JNB,ZZ
RETI
ZZ:
SETB;操纵L298正转
CLR
LCALLTTS
LCALLTTS
LCALLTTS
SETBEX0
RETI
FZ1:
LCALLTTS;软件延时去抖
LCALLTTS
JNB,FZ
RETI
FZ:
CLR;操纵电动机反转
SETB
LCALLTTS
LCALLTTS
LCALLTTS
SETBEX0
RETI
TZ1:
LCALLTTS;软件延时去抖
LCALLTTS
JNB,TZ
RETI
TZ:
CLR;操纵电动机停止
CLR
LCALLTTS
LCALLTTS
LCALLTTS
SETBEX0
RETI
IT00:
MOVP0,#0FFH;扫描P0口操纵PWM波开关状态
MOVA,P0
MOVR0,A;将P0口状态放入R0
CPL;操纵PWM波程序
JB,Y1
MOVTH0,R0
RETI
Y1:
MOVA,P0
MOVR0,A
MOVA,#0FFH
SUBBA,R0
MOVTH0,A
RETI
TTS:
MOVR3,#0E0H;延时子程序
TT1S:
MOVR4,#30H
TT0S:
DJNZR4,TT0S
DJNZR3,TT1S
RET
END
七、整体电路图和单片机输出的PWM脉冲
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