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用单片机控制直流电动机
摘要
本设计为单片机控制直流电动机,采用PWM驱动。操作者由键盘控制电动机执行15种功能,并可由L电动机转速显示出控制效果。在实现上,PWM调速采用定频调宽法,系统稳定性较好;电动机输入脉冲的电平转换采用双定时器中断实现,可节省CPU资源;键盘输入采用阵列式输入,用4*4的键盘形式,这样可以有效的减少对单片机I/O口的占用.
关键词:PWM 定频调宽 双定时器中断
正文
系统分析与论证
直流电机控制电路单片机控制键盘系统总体框图
直流电机控制电路
单片机
控制键盘
motor
motor
通过按动15个按键来实现对电动机的正反转,逐步加、减速与分档加减速控制。
PWM调速方法的方案论证
tT2:低电平持续时间T1:高电平持续时间T:周期T2T1TUPWM调速原理如图1.1所示
t
T2:低电平持续时间
T1:高电平持续时间
T:周期
T2
T1
T
U
图1.1
根据改变占空比方法的不同,PWM调速可分为以下三种:
定宽调频
这种方法是保持T1不变,只改变T2,使周期也随之改变。
调频调宽
这种方法是保持T2不变,而改变T1,使周期也随之改变。
定频调宽
这种方法是保持周期T不变,而同时改变T1和T2。
前两种方案由于在调速时改变了脉冲频率,故当控制脉冲频率与系统固有频率接近时,将会引起振荡,因此采用定频调宽。
PWM控制信号的产生方案论证
PWM控制信号的产生方法有四种,分述如下:
分立电子元件组成的PWM信号发生器
这种方法是用分立的逻辑电子元件组成PWM信号电路。此方法优点是不用软件设计,但硬件较为庞大。
软件模拟法
这种方法是利用单片机的I/O引脚,通过软件对该引脚不断输出高低电平来实现PWM信号输入。此种方法虽然要占用CPU,但硬件大为减少。
专用PWM集成电路
此种芯片的使用可减轻单片机负担,硬件电路也不大。
单片机的PWM口
新一代的单片机可通过初始化设置,使其自动发出PWM脉冲波,只有在改变占空比时CPU才进行干预。
后两种是目前PWM信号获得的主流方案,但考虑到本系统较小,单片机的CPU资源亦未得到充分利用,故采用第二种方案
软件中改变PWM占空比的方案论证
软件延时
高电平与低电平的持续时间由软件延时,延时时间由寄存在两个寄存器中的数据来控制。此种方法占用单片机内部硬件资源较少,但CPU占用严重。
(2) 双定时器中断
高低电平由定时器定时中断产生。此种方法虽占用单片机内部硬件资源较多,但可节省CPU,且不干扰主程序的执行,便于调试。
本系统中采用方案二。
2.硬件设计
硬件电路由两组成:单片机与键盘控制部分、电动机调速部分
单片机与键盘控制部分如图2.1所示:
单片机扫描键盘的输入,并将命令传送给LED和电动机,当正转按键按下时,电机正转;当反转按键按下时,电机反转;当逐步加速按键或分档加速按键按下时,电机转速逐步加快或分档加快;当逐步减速按键或分档减速按键按下时,电机转速逐步减慢或分档减慢. 15个按键通过单片机来实现对电动机的15种控制。
电动机调速部分如图2.2所示:.
对称的左右两部分子电路构成该电路,分别控制电机的正反转。
当左边光电耦合器导通时,电源通过三极管Q014加在直流电机左端,控制电机正转;反之,当右边光电耦合器导通时,电源通过三极管Q024加直流电机右端,控制电机反转。其中,光耦起隔断强弱电的作用;二极管起续流与保护三极管的作用;电感起起限制冲击电流的作用;电动机两端的电容可防止其两端电压的突变。
3.软件设计
软件总体分析
通过对按键的扫描检测来判断哪个按键按下,而后完成其对应的15种功能。
而在每个功能里面,通过双定时器中断来控制PWM的电平转换。
本系统软件设计的特点:
(1) 定时器中断控制电动机输入的电平转换。
本系统采用两个定时器中断,定时器零用来控制PWM的周期,定时器一用来控制高点平的持续时间。平时单片机执行主程序,当定时器零中断到来时,单片机输出一个高点平给电机并持续一小段时间,而后返回执行主程序;当定时器一中断到来时,单片机输出一个低电平给电机并持续一小段时间,而后返回执行主程序;如此反复。由于定时器的引入,使PWM调速的频率恒定,且节省CPU。
查表直接实现跳转
当检测到按键按下时,单片机通过查表获知跳转子程序的地址,直接跳转至子程序。
实现功能:
15个按键实现的功能如下:
1:正转 2:反转 3:逐步加速 4:逐步减速
5-A:分档加速 B-E:分档减速
4.系统实现
开始初始化(定时器)
开始
初始化(定时器)
扫描键盘(行列式)
是否有键按下?
去抖动延时
根据扫描值查转移表
Y
N
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