基于pwm控制的直流电动机调速系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于pwm控制的直流电动机调速系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

是电机的平均速度； Vmax 是指电机在全通电时的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。 由上面的公式可见，当我们改变占空比 D = t1 / T 时，就可以得到不同的电机平均速度 Vd，从而达到调速的目的 [8]。 严格来说，平均速度 Vd 与占空比 D 并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。 PWM 调速方法 采用定时器做为脉宽控制的定时方法。 如果采用软件延时方法，此方法在精度上不及定时器，特别是在引入中断后，将有一定的误差。 PWM 控制流程图 在本设计中 PWM 脉冲调制的控制流程见图 23。 图 23 PWM脉冲调制的控制流程图 各模块作用 本设计主要模 块由 命令输入模块 、 电机驱动模块 、独立键盘模块、 测速系统模块 、LCD 显示模块 几部分组成。 命令输入模块主要是由 STC89C52 为核心产生 PWM 波形，改变输出电压从而控制直流电机的转速。 电机驱动模块是用来驱动直流电机。 独立键盘模块是控制电机停、转、正反转、加速、减速。 测速系统模块在本设计采用的是红外传感器（由红外线发射管、红外线接收管构成的红外计数电路）组成的能把直流电机实时转速反馈给单片机。 LCD 显示模块时把测速模块得来的数据在 LCD 显示屏上显示出来。 本章小结 本章主要介绍了系统的总体思路 、框架。 PWM 的工作原理和调速方法， PWM 是 通过改变直流电机电枢上电压的 “ 占空比 ” 来达到改变平均电压大小的目的 ，本系统主要是 由 命令输入模块 、 电机驱动模块 、独立键盘模块、 测速系统模块 、 LCD 显示模块 几部分组成。 开始 STC89C52控制 程序控制单片机输出PWM脉冲 PWM输入L298电机驱动进行脉冲处理 电机转速、转向、急停处理 结束 黑龙江 东方学院 本科毕业论文（设计） 6 第 3 章 系统硬件设计 本设计硬件模块主要采用 STC89C52 控制模块 、 L298 电机驱动模块 、 LCD1602 液晶显示模块 、 独立键盘控制模块 、 测速系统 模块。 单片机控制模块 直流电机调速系统的控制模块图 31。 图 31直流电机调速系统的控制模块图 这里利用定时计数器让单片机 P3 口的 引脚输出占空比不同的方波，然后经驱动芯片 L298 放大后控制直流电机。 驱动芯片的输入电压是两引脚的电压差，在调速时一根引脚线为低电平，另一个引脚产生调速方波，这样两个引脚的电压差就可通过控制其中一个引脚来控制。 当需要改变电机转动方向时，两个引脚的输出相反。 定时计数器 10us 中断一次，就使 产生一个高电平或低电平。 占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲 个数的百分数。 一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。 电机的平均速度等于在一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。 当我们改变黑龙江 东方学院 本科毕业论文（设计） 7 占空比时 ，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。 精确的讲，平均速度与占空比并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似看成线性关系。 STC89C52 的简介 在常用的 89 系列的单片机中， 51 系列只有 4K 字节的在系统可编程 Flash 存储器， 128字节 RAM。 STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程 ，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash， 它 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器， 操作方便，引脚也充足，而且 STC89C52， 支持 ISP 串口下载 ， 使得 STC89C52 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 STC89C52 主要性能 图 32 STC89C52 STC89C52 主要功能特性如下： 1． 兼容 MCS51 指令系统 ； 2． 8k 可反复擦写 (大于 1000 次） Flash ROM； 3． 32 个双向 I/O 口； 4． 256x8bit 内部 RAM； 5． 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断； 6． 时钟频率 024MHz； 黑龙江 东方学院 本科毕业论文（设计） 8 I N 1I N 2E N AO U T 1O U T 2O U T 3O U T 4I N 3I N 4E N B6 V 动 力 电 源7． 2 个串行中断，可编程 UART 串行通道； 8． 2 个外部中断源，共 8 个中断源； 9． 2 个读写中断口线， 3 级加密位； 10． 低功耗空闲和掉电模式， 软件 设置睡眠和唤醒功能 ； 11． 有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等几种封装 形式。 我们通过编写程序来控制单片机执行相应的指令，从而实现对指定电路的控制。 STC 89C52 编程前，要设置好地址、数据及控制信号， 编程方法如下：。 2． 在数据线上加上要写入的数据字节。 3． 激活相应的控制信号。 4． 在高电压编程方式时，将 EA/Vpp 端加上 +12V 编程电压。 5． 每对 Flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG 编程脉冲。 每个字节写入周期是自身定时的，通常约为。 重复 1—5 步骤，改变编 程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束。 电机驱动模块 电机驱动模块采用的是 L289 芯片。 L298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是 15 脚Multiwatt 封装的 L298N，内部同样包含 4 通道逻辑驱动电路。 可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。 L298N 芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达 50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的 IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。 （ 1） L298 内部的原理图 L298 内部结构 见 图 33。 图 33 L298内部结构 黑龙江 东方学院 本科毕业论文（设计） 9 （ 2） L298 内部 H 桥驱动电路 电路得名于 “ H 桥驱动电路 ” 是因为它的形状酷似字母 H 如图 34。 4 个三极管组成H 的 4 条垂直腿，而电机就是 H 中的横杠。 如图所示， H 桥式电机驱动电路包括 4 个三极管和一个电机。 要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。 根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图 34 H桥驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管 导通。 例如，如图 35 所示，当 Q1 管和 Q4 管导通时，电流就从电源正极经 Q1 从左至右穿过电机，然后再经 Q4 回到电源负极。 按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。 当三极管 Q1 和 Q4 导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。 图 35 H桥驱动电机顺时针转动 黑龙江 东方学院 本科毕业论文（设计） 10 图 36 所示为另一对三极管 Q2 和 Q3 导通的情况，电流将从右至左流过电机。 当三极管 Q2 和 Q3 导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为 逆时针方向）。 图 36 H桥驱动电机逆时针转动 驱动电机时，保证 H 桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。 如果三极管 Q1和 Q2 同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。 此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管 [9]。 基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。 （ 3） L298 的逻辑功能 当使能端为高电平时 ， 输入端 IN1 为 PWM 信号 ， IN2 为低电平信号时 ， 电机正转 ；输 入端 IN1 为低电平信号， IN2 为 PWM 信号时 ， 电机反转 ； IN1 与 IN2 相同时 ， 电机快速停止。 当使能端为低电平时 ， 电动机停止转动。 详细逻辑见表 31。 表 31 L298 的逻辑功能 IN1 X IN2 X ENA 0 电机状态 停止 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 顺时针 逆时针 停止 停止 黑龙江 东方学院 本科毕业论文（设计） 11 （ 4） 单片机与 L298 的连接 单片机和 L298 连接如图 37。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ ! I N T 012P 3. 3/ ! I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ ! W R16P 3. 7/ ! R D17X T A L 218X T A L 119G N D20A 8/ P 2. 021A P / P 2. 122A 10 / P 2. 223A 11 / P 2. 324A 12 / P 2. 425A 13 / P 2. 526A 14 / P 2. 627A 15 / P 2. 728! P S E N29A L E / ! P R O G30! E A / V P P31A D 7/ P 0. 732A D 6/ P 0. 633A D 5/ P 0. 534A D 4/ P 0. 435A D 3/ P 0. 336A D 2/ P 0. 237A D 1/ P 0. 138A D 0/ P 0. 039V C C40A T 89 S 52ISEN A1ISEN B15O U T 12O U T 23O U T 313O U T 414VS4VSS9I N 15I N 27I N 310I N 412E N A6E N B11GND8L 29 8V C C V C C12MM1M ot orD2 D1D4 D3V C C V C C 图 37单片机和 L298连接 液晶显示 模块 显示模块采用的是 LCD1602。 （ 1） LCD1602 液晶的结构 如图 38 所示。 黑龙江 东方学院 本科毕业论文（设计） 12 图 38 LCD1602 液晶的结构 LCD1602 主要技术参数： 显示容量 ： 162 个字符芯片工作电压 ： — 工作电流 ： ()模块最佳工作电压 ： 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM）已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号等。 （ 2） LCD1602 液晶主要接口 第 1 脚： VSS 为地电源。 第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生 “ 鬼影 ” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS 和R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线。