基于单片机的直流电机PWM调速.doc

课程设计说明书

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目录

TOC\o1-3\h\z\u1系统的方案设计 1

1.1方案的分析 1

1.2方案的制定 2

2硬件的设计 3

2.1单片机主电路的设计 3

2.2数码管显示部分 3

2.3L298N调制电动机电路 5

2.4单片机驱动L298N模块 6

3软件设计 7

3.1操作键盘设计 7

3.2转速显示设计 8

3.3PMW调制 9

4仿真截图 10

4.1电机的正转工作状态 10

4.2电机的反转工作状态 11

5设计的体会 12

参考文献资料 13

附录 14

仿真图 14

原程序代码 15

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1系统的方案设计

1.1方案的分析

本课题以单片机为控制核心，用PMW控制技术实现对直流电机的速度及转向进行控制。从而实现在数码管上显示当前转速，分别用按键进行加、减速及正反转控制。

单片机的选取：按单片机机器字长可分为：4位（很少用），8位，16位，32位。按单片机内核可分为：MCS51、AVR、PIC、MSP、HT、ARM等等。按单片机厂家分就更多了，MCS51内核的厂家就有多种：如SST、Atmel、STC、winbond等。由于8位单片机的广泛应用场合及其不错的性性，一直受到小型电路解决方案的首选芯片，本方案采用ATMEL公司的AT89C51芯片做为驱动电机的核心电路模块，其性能足以扩展控制一个电机，而且该单片机支持在线编程并提供上千次的擦写功能。并以低廉的价格普及于当今市场中。

数码管的选取，数码管分为单个数码管和多个数码管集成在一起。由于考虑到电机转速能够达到很高，采用多个数码管集成在一起的比较省线，通过扫描动态显示数码管能够节省I./O接口，采用这种方式比较适合。

关于PMW波，PWM（PulseWidthModulation）——脉冲宽度调制，简称脉宽调制，是一种最初用语无线电通信的信号调制技术，后来在控制领域中（比如电机调速）也得到了很好的应用，于是形成了独特的PWM控制技术。PWM控制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在功率控制与变换的许多领域中。一般情况下，调节脉宽调制信号的脉宽有两种方法，一种方法是采用模拟电路中的调制方法，另一种方法是使用脉冲计数法。对于一般电机控制，采用第一种方法在控制电压变化时需要DA转换器件。AT89S51没有集成DA转换模块。而通过脉冲计数法只需改变输出脉冲的占空比，而不需要额外的器件。从成本上考虑选用第二种方法比较合适。本设计采用由单片机控制实现的脉冲计数法。通过对定时器设初值，并且通过不断改变初值实现对脉冲的电平切换。

由于本文使用的是PROTEUS进行仿真，直流电机的选择被定位在几种类型的电机中，其中有MOTOR、MOTOR-DC、MOTOR、MOTOR-ENCODER、MOTOR-STEPPER，通过比较参数，选取MOVTOR-ENCODER比较合适，其有转速脉冲输出端，通过单片机能够实现对转速脉冲的检测。

由于单片机的驱动能力有限，根据要求可以构建H桥驱动电路，使用晶闸与二极管组合，实现对电机的驱动能力，并实现对电机的正反转操作。这是一种常规的思考方法，通过上网查资料，不难发现有更好的解决方案，有专门的驱动芯片，既然已有专门地为电机驱动而设计的芯片，就没必要再从新来设计；选用L298芯片来构成的电路结构基本上跟H桥驱动电路一样。L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。

1.2方案的制定

根据对设计的要求及相关资料的查询，最终确定了硬件使用方案，AT89S51单片机、L298N、四位数码管、MOVTOR-ENCODER作为主要的器件。其余像一些二级管，电容，电阻在此不再详细介绍。

2硬件的设计

2.1单片机主电路的设计

在本次课题设计中我们选择了89C51芯片，其具有功能强、体积小、成本低、功耗小等特点，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程