基于单片机STCC的直流电机PWM调速控制新版系统.docx

第一章:序言

Pwm 电机调速原理 对于电机转速调整，我们是采取脉宽调制（PWM）措施，控制电机 时候，电源并非连续地向电机供电，而是在一个特定频率下以方 波脉冲形式提供电能。不一样占空比方波信号能对电机起到调速作 用，这是因为电机实际上是一个大电感，它有阻碍输入电流和电压突 变能力，所以脉冲输入信号被平均分配到作用时间上，这么，改变 在始能端 EN1 和 EN2 上输入方波占空比就能改变加在电机两端 电压大小，从而改变了转速。 此电路中用微处理机来实现脉宽调制，通常方法有两种：
（1）用软件方法来实现，即经过实施软件延时循环程序交替改变端 口某个二进制位输出逻辑状态来产生脉宽调制信号，设置不一样延时 时间得到不一样占空比。
（2）硬件试验自动产生 PWM 信号，不占用 CPU 处理时间。 这就要用到 STC89C52 在 PWM 模式下计数器 1，具体内容可参考 相关书籍。

51 单片机 PWM 程序

产生两个 PWM，要求两个 PWM 波形占空全部为 80/256,两个波形之间要 错开，不能同时为高电平！高电平之间相差 48/256，
PWM 这个功效在 PIC 单片机上就有，不过假如你就要用 51 单片机

话，也是能够，不过比较麻烦.能够用定时器 T0 来控制频率，定 时器 T1 来控制占空比：大致编程思绪是这么：T0 定时器中止 是让一个 I0 口输出高电平，在这个定时器 T0 中止当中起动定时器 T1，而这个 T1 是让 IO 口输出低电平，这么改变定时器 T0 初值就 能够改变频率，改变定时器 T1 初值就能够改变占空比。
1.1 序言：
直流电机定义：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)旋转电机。
多年来，伴随科技进步，直流电机得到了越来越广泛应用，直流含有优 良调速特征，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁冲击 负载，可实现频繁无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统 多种不一样特殊要求，从而对直流电机提出了较高要求，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要求，这是经过 PWM 方法控 制直流电机调速方法就应运而生。
采取传统调速系统关键有以下缺点：模拟电路轻易随时间飘移，会产生 部分无须要热损耗，和对噪声敏感等。而用 PWM 技术后，避免上述缺点， 实现了数字式控制模拟信号，能够大幅度减低成本和功耗。而且 PWM 调速系统开 关频率较高，仅靠电枢电感滤波作用就能够取得平滑直流电流，低速特征好； 同时，开关频率高，快响应特征好，动态抗干扰能力强，可获很宽频带；开关 元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置效率高，含有节省空间、经济 好等特点。
伴随中国经济和文化事业发展，在很多场所，全部要求有直流电机 PWM 调速系统来进 行调速，诸如汽车行业中多种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中自动门、 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、战车等场所。
1.2 本设计任务:
任务: 单片机为控制关键直流电机 PWM 调速控制系统 设计关键内容和技术参数:
功效关键包含：
1) 直流电机正转；
2) 直流电机反转；
3) 直流电机加速；
4) 直流电机减速；
5) 直流电机转速在数码管上显示；
6) 直流电机开启；
7) 直流电机停止；
第二章：总体设计方案

总体设计方案硬件部分具体框图图一所表示。
数码管显示
按键控制
单片机
PWM 电机驱动

键盘向单片机输入对应控制指令，由单片机经过 P1.0 和 P1.1 其中一口输出和转速相 应 PWM 脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传输，驱动 H 型桥式电动机控制电 路，实现电动机转向和转速控制。电动机运转状态经过数码管显示出来。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。每次电动机开启后开始显示，停止时数码管显示出“0000”。
1、系统硬件电路设计和分析
电动机 PWM 驱动模块电路设计和实现具体电路见下图。本电路采取是基于 PWM 原理 H 型桥式驱动电路。

PWM 电路由复合体管组成 H 型桥式电路组成，四部分晶体管以对角组合 分为两组：依据两个输入端高低电平决定晶体管导通和截止。4 个二极 管在电路中起预防晶体管产生反向电压保护作用，预防电动机两端电流 和晶体管上电流过大保护作用。
在试验中控制系统电压统一为 5v 电源，所以若复合管基极由控制系 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 端电压就只有 4V 左右，严重减弱了电动机驱动力。基于上述考虑，我 们利用了 TLP521-2 光耦集成块，将控制部分和电动机驱动部分隔离开来。 输入端各经过一个三极管增大光耦驱动电流；电动机驱动部分经过外接 12V 电源驱动。这么不仅增加了各系统模块之间隔离度，也使驱动电流得 到了大大增强。
在电动机驱动信号方面，我们采取了占空比可调周期矩形信号控制。 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。经试验发觉，当电动机转动平稳，但加负载后，速度下降

显著，低速时甚至会停转；脉冲频率在 10Hz 以下，电动机转动有显著跳动 现象。而具体采取频率可依据部分电动机性能在此范围内调整。经过 P10 输入高电平信号，P11 输入低电平，电机正转；经过 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。 经过对信号占空比调整来对电机转速进行调整。
2、系统软件设计
本系统编程部分工作采取 KELI-C51 语言完成，采取模块化设计方法， 和各子程序做为实现各部分功效和过程入口，完成键盘输入、按键识别和 功效、PWM 脉宽控制和数码管显示等部分设计。
单片机资源分配以下表：
P0
显示模块接口
键盘中止
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：本设计中采取软件延时方法对脉冲宽度进行控制，延时程 序函数以下：
/*****************延时函数*************************/ delays()
{
uchar i; for(i=5000;i>0;i--);
}
②键盘中止处理子程序：采取中止方法，按下键，完成延时去抖动、键码识 别、按键功效实施。
要实现按住加/减速键不放时恒加或恒减速直到放开停止，就需在判定是否松 开该按键时，每进行一次增加/降低一定占空比。
③显示子程序：利用数组方法定义显示缓存区，缓存区有 8 位，分别存放各 个数码管要显示值。
④定时中止处理程序：采取定时方法 1，因为单片机使用 12M 晶振，可产生 最高约为 65.5ms 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，定时器溢出则响应该定时中止处理程序，完 成对定时器再次赋值，并对全局变量 time 加 1，这么，经过变量 time 可计算 出系统运行时间。
3、软件设计中特点:
对于电机启停，在 PWM 控制上使用渐变脉宽调整，即开启后由停止匀加速到默认速 度，停止则因为目前速度逐步降至零。这么有利于保护电机。键盘处理上采取中止方法，不 必使程序对键盘反复扫描，提升了程序效率。

第三章：系统硬件电路设计

第四章：系统功效调试

3、输出波形以下：
4、加速分 5 档，波形依次以下：

5、减速分 5 档，波形以下：

第五章：程序

/************头文件*********/
#include<reg51.h>
#include<absacc.h>
#include <intrins.h>
/************************** /

/********自定义变量********/
#define uint unsigned int //自定义变量
#define uchar unsigned char char gw,sw,bw,qw;
uchar j; //定时次数，每次 20ms uchar f=5; //计数次数
sbit P10=P1^0; //PWM 输出波形 1 sbit P11=P1^1; //PWM 输出波形 2 sbit P12=P1^2; //正反转
sbit P13=P1^3; //加速 sbit P14=P1^4; //减速 sbit P15=P1^5; //停止 sbit P16=P1^6; //开启 uchar k;
uchar t; //脉冲加减
/**************************/*
/*********控制位定义********************/
uchar code
smg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71};// 程 序存放区定义字型码表
char data led[4]={0x08,0x04,0x02,0x01}; //位码 uint x; //数码管显示数值
display(); //数码管显示 delays(); //延时函数 key();
displays();
/*****************************************/

/***************主函数********************/ main (void)

{
TMOD=0x51; //T0 方法 1 定时计数 T1 方法 1 计数 TH0=0xb1; //装入初值 20MS
TL0=0xe0;
TH1=0x00; // 计数 567 TL1=0x00;
TR0=1; //开启 t0
TR1=1; //开启 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()
{
uchar i;

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();
}
else if(i==1) //显示十位
{
P0=smg[sw]; delays();
}
else if(i==2) //显示百位
{

P0=smg[bw]; delays();
}
else if(i==3) //显示千位
{
if(k==0) //正转时显示"三"
{
P0=0x49;
delays();
}
else
{

i++;
}
}
P0=0x71; //反转时显示"F"
}
}

/*******************************************************/

/*****************延时函数*************************/ delays()
{
uchar i; for(i=5000;i>0;i--);
}
/************************************************/

/*********t0 定时*中止函数*************/ void t0() interrupt 1 using 2
{
TH0=0xb1; //重装 t0 TL0=0xe0;
f--;
if(k==0)
{
if(f<t) P10=1;
else P10=0; P11=0;
}
else
{

if(f<t) P11=1;
else P11=0; P10=0;
}
if(f==0)
{ f=5;
} j++;
if(j==50)
{ j=0;
x=TH1*256+TL1; //t1 方法 1 计数，读入计数值 TH1=0x00;
TL1=0x00;
x++;
display();
}
}
/****************按键扫描**************/ key()
{
if(P12==0) //假如按下，
{
while(!P12) //去抖动 display();
k=~k;
}
if(P16==0) //开启
{
while(P16==0); IE=0x8a;
}
if(P13==0) //加速
{
while (P13==0); t++;
}
if(t>=5) t=5;
if(P14==0) //减速
{

while(P14==0); t--;
}
if(t<1) t=1;
if(P15==0) //停止
{
while(P15==0);

EA=0; P10=0; P11=0;
}
}
/******************************************************/