基于S的单片机直流电机控制器的设计.docVIP

基于AT89S51的单片机直流电机控制器设计 设计目的： 了解PWM控制技术、 了解PID调节、 直流电机的特性及调速方式 系统功能： 本设计是要利用89S51单片机控制PWM调速电路实现小功率直流电机的转速调节。而本系统必须符合以下几点要求： 在(1000—5500)转/分 内对直流电机进行任意调速，最小调速级差为1转/分。 电机能在所设速度下稳定运转，运转速度与设定速度之差小于±20转/分。 电机启动和加减80%额定负载时,其转速能迅速回到设定值，转速超调±5%内。 电机能进行正反转控制。 系统设计 硬件设计 本设计在硬件电路上共分为6个部分，单片机部分、按键输入、PWM斩波电路、测速电路、转向调节电路以及模拟负载。 3.1 单片机部分及其接口电路 图1 单片机部分原理图 本设计采用的是AT89S51单片机，因为它是宽电压供电，工作电压范围为5.5V-3.4V，比起一般51系列单片机的5.5V-4.5V更能有效的避免电源抖动所带来的问题。晶振选用石英晶振，频率为20MHz，比起传统的12MHz能有更快的处理速度。 在第9脚-RST，复位脚外，加了一个复位按键和复位电路，复位原理为： 第一次上电时，+5V通过给电容充电，于是此时电容相当于短路，+5V直接加到RST脚上，单片机自动复位。过了极短的时间，电容充电完毕，此时电容则相当于开路，于是RST脚被电阻R113拉为低，单片机开始正常工作。当RESET键按下时，+5V通过按键加到RST脚上，单片机复位，RESET键弹起之后，RST脚重新被R113拉为低，单片机开始正常工作。 单片机供电方面，采用的是12V直流通过7805三端稳压器稳压到5V，给单片机和显示部分供电。 3.2 按键输入电路 图2 按键部分原理图 在本设计中，按键输入比较简单，就是在按键信号输入I/O口与地线间串接一按键。在按键没有按下的情况下，I/O口悬空，所以为高（由于单片机的I/O口是有内部上拉电路的，所以当其悬空时，内部将其上拉为高）；当按键按下后，地线的把I/O口的电平拉低，单片机便可识别有键按下。 3.3 PWM驱动电路 首先简单介绍一下PWM的工作原理： 如图所示，R21为P1.1口的上拉电阻，R20为限流电阻。 当P1.1口为低时，8050的基极电平被拉低，此时8050截止，所以9012的基极为高，9012截止，电机两端没有电压。 当P1.1口为高时，8050基极电压也为高，于是8050导通， 8050的集电极电压为低，此时9012的基极也为低，9012导通，+12V加到电机两端，电机开始转动。 所以，当P1.1口为高时，电机两端电压也为高；P1.1口为低时，电机两端电压也为低。于是当P1.1口产生PWM信号输出时，电机两端会产生同样的PWM波形，从而达到调节电机转速的目的。 关于上拉电阻的选取，上拉电阻的选取取决于两方面，一方面是能否保护单片机I/O口不过流，第二方面就是能否提供给负责所需大小的电流。首先我们分析保护I/O口方面，P1~P3口能承受的灌电流（输入电流）最大能达到6mA，所以上拉电阻的阻值必须大于5V/6mA=0.8K，而我们选用的是10K电阻，远远大于0.8K，所以能有效的保护单片机I/O口；再来看看10K的上拉电阻能否提供所需要的电流呢？假设电机工作电流为100mA（事实上远小于）， 9012的放大倍数按60倍计算的话，那么9012的基极，也就是8050的集电极最少得提供1.6mA的电流才能使9012达到饱和。如果按8050能放大100倍的话，也就是说8050的基极至少得提供16μA的电流才能使8050饱和，事实上，10K的上拉电阻，加上I/O口的限流电阻，能提供（5-0.7） 图5 测速电路原理图 要注意的就是几个电阻阻值的选取： R25：一般发光二极管的正向压降2V，驱动电流5mA左右，而电流最大不能超过20mA，所以选取510Ω的电阻作为其限流电阻，一来保证不会过流烧坏发光管，二来也不会因电流太小而使光电开关不能正常工作。 R22：此电阻串接在电源与三极管V1的集电极，它的选取直接影响到三极管是否能达到饱和状态，我们知道，因光照所产生的光电电流很小，大概只有几微安的样子，所以集电极电流不能太大，否则管子不能达到饱和。 假设发光二极管正常工作需要的电流为5μA，那么三极管的放大倍数为100倍的话，集电极电流就不能超过0.5mA，所以R22的大小选取为10K，此时若基极有光照时，集电极能正常拉低到地。 R24：为V3的集电极电阻，同时也为单片机INT1口的上拉电阻。作用为保证V3和单片机I/O口不会过流，所以选用10K就能达到要求。 2.6 转向调节电路