基于单片机AT89c51直流电机调速控制系统.docx

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基于单片机AT89c51直流电机调速控制系统

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，防止上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低本钱和功耗。

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开展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进展调速，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）直流电机的停顿；

第二章：

总体设计方案

总体设计方案的硬件局部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场显示，停顿时数码管显示出“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列图。

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，四局部晶体管以对角组合分为两组：

根据两个输入端的上下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，因此假设复合管基极由控制系统直接控制，那么控制电压最高为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，将控制局部与电动机的驱动局部隔离开来。

输入端各通过一个三极管增大光耦的驱动电流；电动机驱动局部通过外接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那么反之。

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围调节。

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展调节。

2、系统的软件设计

本系统编程局部工作采用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局部功能和过程的入口，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局部的设计。

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展控制，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顿，就需在判断是否松开该按键时，每进展一次增加/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，定时器溢出那么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，即开启后由停顿匀加速到默认速度，停顿那么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列图：

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，如下列图：

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，如下列图：

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

第八章：

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：

松山职业技术学院************************/

/****************班级:

2021级检测技术及应用****************************/

/*****************指导教师：

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;//停顿

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--