直流电机调速控制系统课程设计.pdf

总体设计方案

总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。

数码管显示

按键控制单片机PWM电机驱动

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。

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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/P1.1PWM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()

{

uchari;

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