单片机ATS的直流电机PWM调速控制系统46.docVIP

单片机ATS的直流电机PWM调速控制系统46.doc

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单片机ATS的直流电机PWM调速控制系统46

第一章:前言 1.1 前言: 直流电机的定义: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)的旋转电机。 汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、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、战车等场合 键盘向单片机输入相应控制指令,由单片机通过P1.0与P1.1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。每次电动机启动后开始显示,停止时数码管显示出“0000”。 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。本电路采用的是基于PWM原理的H型桥式驱动电路。 PWM电路由复合体管组成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,防止电动机两端的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TLP521-2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。经实验发现,当电动机转动平稳,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。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P10输入高电平信号,P11输入低电平,电机正转;通过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。通过对信号占空比的调整来对电机转速进行调节。 2、系统的软件设计 本系统编程部分工作采用KELI-C51语言完成,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脉宽控制和数码管显示等部分的设计。 单片机资源分配如下表: P0 显示模块接口 键盘中断 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:本设计中采用软件延时方式对脉冲宽度进行控制,延时程序函数如下: /*****************延时函数*************************/ delays() { uchar i; for(i=5000;i0;i--); } ②键盘中断处理子程序:采用中断方式,按下键,完成延时去抖动、键码识别、按键功能执行。 要实现按住加/减速键不放时恒加或恒减速直到放开停止,就需在判断是否松开该按键时,每进行一次增加/减少一定的占空比。 ③显示子程序:利用数组方式定义显示缓存区,缓存区有8位,分别存放各个数码管要显示的值。 ④定时中断处理程序:采用定时方式1,因为单片机使用12M晶振,可产生最高约为65.5ms的延时。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断处理程序,完成对定时器的再次赋值,并对全局变量time加1,这样,通过变量time可计算出系统的运行时间。 3、软件设计中的特点: 对于电机的启停,在PWM控制上使用渐变的脉宽调整,即开启后由停止匀加速到默认速度,停止则由于当前速度逐渐降至零。这样有利于保护电机。键盘处理上采用中断方式,不必使程序对键盘反复扫描,提高了程序的效率。 第三章:系统硬件电路设计 整体框图如下: 第四章:系统功能调试 仿真整体图如下: 直流电机的调试功能仿真如下图: 1、正转时,电机正转,数码管最高位显示“三”,其它三位先所给定频率,如下图: 2、反转时,电机反转,数码管最高位显示“F”,其它三位先所给定频率,如下图: 3、输出波形如下: 4、加速分5档,波形依次如下: 5、减速分5档,波形如下: 第五章:程序 见附件1 第六章:PCB图 见附件2 第七章:元件清单 见附件3 :心得体会 略 附件1 #includereg51.h

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