扬州大学单片机课设直流电机控制调速硬件 - 图文(2)

目 录

1 课题简介 ....................................................................................................................................................................7

1.1 课题的目的 .....................................................................................................................................................7 1.2 课题的设计任务及要求 ................................................................7 2 直流电机的转速控制方案设计 ................................................................................................................................7

2.1 总体设计思路 .................................................................................................................................................7 2.2 总设计框图 .....................................................................................................................................................8 3 直流电机的转速控制硬件电路设计 ........................................................................................................................9

3.1 硬件电路总图 .................................................................................................................................................9 3.2 硬件电路分块介绍 ....................................................................9

3.2.1 单片机 ..................................................................................................................................................9 3.2.2 按键电路 ............................................................................................................................................ 11 3.2.3 显示电路 ............................................................................................................................................12

3.2.4 电动机及其驱动电路 ........................................................................................................................13 4直流电机的转速控制软件编程设计 ............................................................................................................13

4.1 程序总设计思路 ...........................................................................................................................................13 4.2 程序分段介绍 ...............................................................................................................................................13

4.2.1 主程序 ................................................................................................................................................13 4.2.2 定时中断程序 ....................................................................................................................................14 4.2.3 外部中断程序 ....................................................................................................................................15 4.2.4 显示程序 ............................................................................................................................................16 5 实验与结果分析 ......................................................................................................................................................16

5.1 系统调试方案 ...............................................................................................................................................16 5.2 调试过程中出现的问题及解决方法 ...........................................................................................................16 5.3 调试结果图 ...................................................................................................................................................17 6 小结与体会 ..............................................................................................................................................................18 参考文献 附录

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1 课题简介

1.1课题的目的

学习直流电机转速的PWM控制原理及电路的实现。用单片机定时器和端口共同产生PWM波，控制直流电机的转动速度。用D1区的按键KEY1和KEY2实现占空比的增加和降低，实现手动调速。

1.2 课题的设计任务及要求

1. 掌握PWM电机功率驱动电路的原理； 2. 按键能增减PWM波的占空比； 3. LED数码管显示PWM波的占空比； 4. 设计硬件原理图； 5. 编写程序。

2 直流电机的转速控制方案设计

2.1总设计思路

本直流电机调速系统设计的思路是以单片机系统为依托，根据PWM调速的基本原理，以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过按键电路控制速度的变化。直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现对电机转速的有效控制。

直流电机的转速与施加的电压成正比，而直流电机调速的最常见方法是施加一个 PWM（脉宽调制）方波，其占空比对应于所需速度。电机起到一个低通滤波器作用，将PWM信号转换为有效直流电平。

PWM又被称为“开关驱动装置”，是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。

本课程设计中是利用单片机对PWM信号的软件实现方法。51系列典型产品89C5l具有两个定时器T0和T1。通过设定定时器初值和工作方式，可以实现从89C5l的任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。由于PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，而不同单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。因此，首先必须明确定时器的定时初值与定时时间的关系。这样，我们可以通过设定不同的定时初值，从而改变占空比，进而达到控制电机转速的目的。占空比显示主要是借用周立功7290数码管进行显示，在熟悉7290工作原理情况下，显示程序会更加容易编写。

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该控制系统主要包括硬件装置和控制软件两部分，初步设定的电路是由AT89C51单片机、显示电路、按键电路、驱动电路和直流电动机等组成。程序大体也对应分为定时扫描、加速、减速、显示占空比、调用7290进行占空比显示以及各种中断。总体思路先设计出主程序，即为一个定时扫描程序，然后穿插中断即加速减速程序，在主程序最后调用7290显示程序完成显示。

2.2 总设计框图 写入计数器控制字初值 查询总开关状态 开启 扫描次数置0，占空比 赋初值50 定时中断 中断1 开中断，等待中 断 中断0 判断占空比是 占空比值大 否到1 到1 判断占空比是否到100 判断占空比与扫描次数的大小 占空比 保持 不到1 到100 不到扫描数值大 输出高电平 输出低电平 占空比减1 100 占空比保持 占空比加1 返回中断 判断扫描次数 为100 是否为100 不为100 扫描次数加8 1 调用显示程序 次数置0

3直流电机的转速控制硬件电路设计

3.1 硬件电路总图

图3.1 硬件电路总图

如上图所示，在设计中，采用了8051单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以按键、显示模块，实现对电动机转速参数的显示和改变，采用查询按键作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断地给直流电机驱动芯片发送PWM波形，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比改变电动机的

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电枢电压，从而实现对电动机的调速。而改变占空比，是通过改变单片机内部定时器的软件定时器进行定时扫描，由用户控制占空比的大小，从而实现高低电平时间占总周期的比率并通过调用显示程序将占空比在LED上显示出来。 3.2 硬件电路分块介绍

3.2.1 单片机（下图为protel中的8051单片机，但介绍以AT89C51为准）

图3.2 单片机引脚图

1、单片机简介

单片机是在一块芯片上集成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计数器和多种输入/输出（I/O），如并行I/O、串行I/O和A/D转换器等，就其组成而言，一块单片机就相当于一台计算机。

单片机是靠程序运行的，它自动完成任务的过程，也就是它一条条执行指令的过程。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，指令就存放在这些单元里，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以取出，然后再被执行。

2、单片机中断系统简介

引起CPU中断的根源，称为中断源。中断源向CPU提出的中断请求，CPU暂时中断原来的事务A，转

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