直流风扇电机转速测量与PWM控制_单片机课程设计.doc

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直流风扇电机转速测量与PWM控制 二.设计方案: 程序应用模块化进行设计,主要有初始化模块、显示模块、读键模块、数制转换模块、双字节除法模块、中断模块和控制调节模块。编程次序可按此先后进行。 初始化模块:8155工作方式、T0和T1工作方式、标志位状态、所用单元初值、中断设置以及初始显示等。 显示模块:设定值和实测值的数值与字符动态显示。 读键模块:从I/O口依据某位数码管亮时读入小按键是否有效,然后根据四个小键盘的不同功能进行相应的处理,只要设定值一改变立刻显示。加1键和减1键要有连加连减功能。 数制转换模块:将二进制转换为十进制。 外部中断模块:将转1圈的时间通过双字节除法程序求出即时转速。 定时中断模块:PWM输出波形形成。 控制调节模块:通过设定值和实测值的比较来改变脉冲波的占空比,该数据的调节分为简单比例调节PP和比例积分调节PI。调节公式分别为: YK=YK1+KP*EK YK=YK1+KP*EK+KI*EK2 YK:要输出的数据 YK1:上次输出的数据 EK:设定值和实测值的差值 EK1:上次的EK值 EK2:EK-EK1的差值 KP:比例系数(设KP=1~2) KI:积分系数(设KI=1~2) 控制电路主要由单片机来控制,编写一段程序使单片机发出的PWM脉冲来实现对驱动的控制。新一代的单片机增加了很多的功能,其中包括PWM功能。单片机通过初始化设置,使其能自动的发出PWM脉冲波,只有在改变占空比的时候CPU才干预。 3.2隔离电路的设计 隔离电路主要作用是防止驱动电路中的电流过大,与单片机直接相连是可能会烧毁单片机而加的保护性电路。 其电路图如下图3.2所示。其中1,2,3,4脚分别接单片机的P1.1 ,P1.2,P1.3,P1.4口。电阻起限流左右。电阻R1,R3,R5,R7阻值为470Ω,电阻R2,R4,R6,R8的电阻都为1KΩ。 其工作原理如下:当电机中的电压正常时,发光二极管导通,发光使光敏三极管导通,电路接通正常工作;当电路中电压很高时,发光二极管被击穿,电路不导通,从而起到保护单片机的作用。 3.3 驱动电路的设计 开关驱动是利用大功率晶体管的开关作用。将恒定的直流电源电压转换为一定的方波电压加在电机电枢上,与线性方式不同,在这种驱动方式下,驱动器的功率管工作在开关状态,当器件导通时,器件的电流很大但是压降很小;器件关断时,压降很大但是电流很小。因此驱动器的功率消耗少,发热量少,效率较高。 通过控制开关的频率和脉宽,可以对电机的转向进行控制。 我们在本次设计中采用的PWM脉冲调制方式正是一种开关驱动方式,是直流电机最重要也是最常见的驱动方式。采样控制理论中有一个重要的结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲及在具有惯性环节上时,其效果基本相同,这正是PWM控制技术的理论基础。PWM驱动方式易与处理器接口,使用简单,最常见的就是H桥电路。集成H桥芯片很很多型号,我们使用的是L298的芯片 驱动电路是H桥电路,图3.4为H桥驱动电路的工作原理图。同一侧的晶体管不能同时导通。当SW1和SW4导通,当SW2和S3截止时,电路由正电流经SW1,从电机的正极流入电机,电机反向运转。当SW1和SW3或者SW2和SW4同时导通的时候,电机处于制动状态,电路中二极管注意是起续流保护作用。由于电机具有较大的感性,电流不能突变,若忽然将电流切断将在功率管两端产生巨大的电压,损坏器件。 我们采用的是模块是H桥芯片L298,图3.5所示是L298的内部原理图 L298需要2个电压,一个为逻辑电路工作时所需要的5V电压VCC,另一个为功率电路所需的驱动电压VSS。驱动电路的输入可直接与单片机的引脚相连,为了进一步提高抗干扰能力我们还使用了光电耦合器件组成的隔离电路和控制电路和动力电路进行电气隔离。参见表3.1。我们来分析原理,使能端输入使能。控制输入端A端输入PWM信号,控制输入端B端输入PWM的反相信号,在一个PWM周期里,电机的电枢承受双极性的电压,电机的速度和方向均由PWM决定。 PWM占空比为50%时,对应的电机的转速为0 即电机停止转动,占空比为0%-50%的时候电机的转速时-MAX-0,即电机反转;占空比为50%-100%对应的电机的转速为0- +MAX即 电机正转。电机的转动速度由PWM脉冲的频率决定。频率高则速度快,即电机加速,频率降低则是电机转动速度减慢。即电机减速。 使能端输入PWM信号控制输入端A端和控制输入B端输入控制电机状态的信号,电机状态参见表3.2 图3.6直流电机PWM调速方案 图3.6 直流电机的PWM调速方案 3.4续流电路的设计 由于电机具有较大的感性,电流不能突变,若忽然将电流切断将在功率管两端产生巨大的电压,损坏器件。我们应用二极管来续流,利用二极管的单向导通性。二极管的选用必

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