基于单片机控制的直流电机系统设计.doc
《基于单片机控制的直流电机系统设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机控制的直流电机系统设计.doc(16页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 第14页单片机直流电机摘 要本设计以AT89C51单片机为核心,以4*4矩阵键盘做为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向,完成了基本要求和发挥部分的要求。采用AT89C5单片机来控制直流电机,实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器,达到了对步进电机的最佳控制。采用的H-桥驱动器使直流电机在开环状态下达到较高的变速转速,同时断电相不产生负的转矩分量,其能量被输入到电源,即将接通的下一相中去,增大了电流容量,提高了其工作的可靠性。在设计中,采用了PWM技术对电机进行控制,通过对占空比的计算达到精确调速的目的。关键词:直流电机,PWM技术,占空比,H-桥驱动器目 录1设计方案比较
2、与分析11.1电机调速控制模块11.2 PWM调速工作方式11.3 PWM调脉宽方式21.4 PWM软件实现方式22系统分析与设计22.1系统的硬件电路设计与分析32.2系统的软件设计42.2.1实验程序流程52.2.2 PWM脉宽控制82.2.3键盘中断处理子程序92.2.4显示子程序92.2.5定时中断处理程序103测试结果与分析11致 谢12参考文献131设计方案比较与分析 1.1电机调速控制模块方案1:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压,从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小,但电流很大;分压不仅会降
3、低效率,而且实现很困难。方案2:采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案3:采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态,精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下,效率非常高;H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制;电子开关的速度很快,稳定性也极佳,是一种广泛采用的PWM调速技术。兼于方案3调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,因此本设计采用方案3。1.2 PWM调速工作方式方案1:双极性工
4、作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内,单片机两控制口各输出一个控制信号,两信号高低电平相反,两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。方案2:单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平,另一端输出PWM信号,两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小,其电流的最大波动也比双极性工作制的小,所以我们采用了单极性工作制。1.3 PWM调脉宽方式调脉宽的方式有三种:定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调宽方式,因为采用这种方式,电动机在运转时比较稳定;并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。1.4
5、PWM软件实现方式方案1: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2:采用软件延时方式,这一方式在精度上不及方案1,特别是在引入中断后,将有一定的误差。但是基于不占用定时器资源,且对于直流电机,采用软件延时所产生的定时误差在允许范围,故采用方案2。2系统分析与设计总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。图2.1 设计方案硬件框图键盘向单片机输入相应控制指令,由单片机通过P2.0与P2.1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LED
6、显示出来。电动机所处速度级以速度档级数显示。正转时数字向右移动,反转时数字向左移动。移动速度分7档,快慢与电动机所处速度级快慢一一对应。每次电动机启动后开始计时,停止时LED显示出本次运转所用时间,时间精确到0.1s。2.1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图2.2。本电路采用的是基于PWM原理的H型桥式驱动电路。图2.2 H型桥式驱动电路PWM电路由四个大功率晶体管组成H型桥式电路构成,四部分晶体管以对角组合分为两组:根据两个输入端的高低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。4个电感在电路中是起防止电动机两端的
7、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,因此若达林顿管基极由控制系统直接控制,则控制电压最高为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4N25光耦集成块,将控制部分与电动机的驱动部分隔离开来。输入端各通过一个三极管增大光耦的驱动电流;电动机驱动部分通过外接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则反之。经实
8、验发现,脉冲频率在40Hz以上,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。实验证明,脉冲频率在15Hz-30Hz时效果最佳。而具体采用的频率可根据个别电动机性能在此范围内调节。通过N1输入信号,N2输入低电平与N1输入低电平,N2输入信号分别实现电动机的正转与反转功能。通过对信号占空比的调整来对车速进行调节。速度分7档控制,从高电平(第6档)到低电平(第0档)中间占空比以20%逐极递减。速度微调方面,可以通过对占空比以1%的跨度逐增或逐减分别实现对速度的逐加或逐减。2.2系统的软件设计本系统编程部分工作采用KELI-C51语言
9、完成,采用模块化的设计方法,与各子程序做为实现各部分功能和过程的入口,完成键盘输入、按键识别和功能、PWM脉宽控制和LED显示等部分的设计。单片机资源分配如下表1: P0显示模块接口外部中断0(P3.2)键盘中断P1键盘模块接口P2.0/P2.1PWM电机驱动接口内部定时器0系统时钟表1系统主函数流程如图 2.3:图 2.3 系统主函数流程图2.4系统函数流程2.2.1实验程序流程 ORG 05E0HSE13: MOV SP,#53H MOV 7EH,#00H MOV 7DH,#08H MOV 7CH,#03H MOV 7BH,#02H ;显示缓冲区初值LO20: MOV A,#80H ;停止
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 控制 直流电机 系统 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【天****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【天****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。