基于单片机的pwm直流电机调速系统设计论文附电路图、程序清单

基于单片机的pwm直流电机调速系统设计论文附电路图、程序清单内容摘要：

动时进行扫描就可能得出不正确的结果。 因此，在程序中要考虑防抖动的问题。 最简单的办法是在检测到有键按下时，等待（延迟）一段时间再进行“行扫描”，延迟时间为 10～ 20ms。 这可通过调用子程序来解决，当系统中有显示子程序时，调用几 次显示子程序也能同时达到消除抖动的目的。 k1k2k3k4K1K2K3K4X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427启停加速减速方向 图 控制输入 电路 本文采用查询工作方式，即直接在主程序中插入键盘检测子程序，主程序每执行一次则键盘检测子程序被执行一次，对键盘进行检测一次，如果把没有键按下，则跳过键识别，直接执行主程序；如果有键按下，则通过键盘扫描子程序识别按键，得到按键的编码值，然后根据编码值进行相应的处理，处理完后再回到主程序执行。 16 电机 PWM 驱动模块的电路 P 2 . 6P 2 . 710 图 电机 PWM 驱动模块的电路 本电路采用的是以大功率 GTR 为开关元件、 H 桥电路为功率放大电路所构成的电路结构。 如图 2 所示。 图中，四只 GTR 分为两组， 1VT 和 4VT 为一组， 2VT 和 3VT 为另一组。 同一组中的两只 GTR 同时导通，同时关断，且两组晶体管之间可以是交替的导通和关断。 GTR 是一种双极性大功率高反压晶体管，它大多用作功率开关使用，而且 GTR是一种具有自关断能力的全控型电力半导体器件，这一特性可以使各类变流电 路的控制更加方便和灵活，线路结构大为简化。 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，脉冲频率在 40Hz 以上，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。 实验证明，脉冲频率在 15Hz30Hz 时效果最佳。 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 输入信号， 输入低电平与 输入低电平， 输入信 号分别实现电动机的正转与反转功能。 通过对信号占空比的调整来对车速进行调节。 速度微调方面，可以通过对占空比跨度逐增或逐减分别实现对速度的逐加或逐减。 利用孤立元件搭建的 H 桥电路一个缺点就是击穿， 即 Q1 和 Q2 同时导通，或者Q3 和 Q4 同时导通。 选择使用芯片可减少这一状况。 常用的电机 H 桥驱动芯片有：TA7291S、 NJU7382 、 L29 L298。 17 第 4 章 系统的软件设计 单片机选择 20 世纪 80 年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有 50 多个系列，数百个品种。 目前世界上较为著名的 8 位单片机的生产厂家和主要机型如下： 美国 Intel 公司： MCS— 51 系列及其增强型系列 美国 Motorola 公司： 6801 系列和 6805 系列 美国 Atmel 公司： 89C51 等单片机 美国 Zilog 公司： Z8 系列及 SUPER8 美国 Fairchild 公司： F8 系列和 3870 系列 美国 Rockwell 公司： 6500/1 系列 美国 TI（德克萨司仪器仪表）公司： TMS7000 系列 NS（美国国家半导体）公司： NS8070 系列 等等。 尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是 Intel 公司的 MCS— 51 系列单片机和美国 Atmel 公司的 89C51 单片机 MCS— 51系列单片机包括三个基本型 803805 8751 8031 内部包括一个 8 位 CPU、 128 个字节 RAM， 21 个特殊功能寄存器（ SFR）、 4个 8 位并行 I/O 口、 1 个全双工串行口、 2 个 16 位定时器 /计数器，但片内无程序存储器，需外扩 EPROM 芯片。 比较麻烦，不予采用 8051 是在 8031 的基础上，片内 集成有 4K ROM，作为程序存储器，是一个程序不超过 4K 字节的小系统。 ROM 内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的 18 8051 都是含有特殊用途的单片机。 所以 8051 适合与应用在程序已定，且批量大的单片机产品中。 也不予采用。 8751 是在 8031 基础上，增加了 4K 字节的 EPROM，它构成了一个程序小于 4KB的小系统。 用户可以将程序固化在 EPROM 中，可以反复修改程序。 但其价格相对 8031较贵。 8031 外扩一片 4KB EPROM 的就相当与 8751，它的最大优点是价格低。 随着大规模集成电路技术的不断发展，能 装入片内的外围接口电路也可以是大规模的。 也不予采用。 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含4K bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 128bytes 的随机存取数据存储器（ ROM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元。 功能强大 AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 此设计就采用AT89C51。 系统软件 设计分析 在进行单片机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。 因此，软件设计在控制系统设计中占重要地位。 键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过 与 其中一口输出与转速相应的 PWM 脉冲，另一口输出高电平，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。 电动机所处速度级以速度档级数表示。 速度分 10 档，快慢与电动机所处速度级快慢一一对应。 在程序中通过软件产生 PWM，送出预设占空比的 PWM 波形。 PWM（脉冲宽度调制）是一系列周期固定、占空比可调的脉冲系列，由于每个脉冲的高电平时间和低电平时间之和必须等于周期数，所以输出电平的维持时间必须由定时器来控制。 设PWM 周期为 T，高电平时间为 TH，低电平时间为 TL，电压为 VCC，则输出电压的平均值为： UAV =VCC*TH/（ TH+TL） =VCC*TH/T=aVCC，当 VCC 固定时，其 电压 19 值取决于 PWM 波形的占空比 a，而 PWM 的占空比由单片机软件内部用于控制 PWM输出的寄存器值决定。 通过对单片机定时器初始值的不同设置，来实现占空比 PWM 输出控制。 用定时器 T0 完成 PWM 输出， 电机的驱动脉冲频率为 ，周期 60MS。 定时器 计数 初值为 8AD0H。 计 数初值 X 计算方法： (65536－ X) =30000，转换为十六进制： X=35536＝ 8AD0H。 软件主要由 3 部分组成：主程序、键盘扫描程序、中断处理程序。 主程序流程如图 41 所示。 开 始初 始 化启 停 键 按 下。 开 定 时 中 断关 外 中 断软 件 延 时去 抖 动开 外 中 断启 动 定 时等 待 中 断启 停 键 按 下。 YNYN 图 主程序流程图 20 初始化后，除义初始数据外，将定时器 T0 设为工作方式 1， F0 作为电机转向的标志位， CT0， CT1作为速度档位的标志，应用于后来的加速减速控制。 HDIAN0与 LDIAN0作为高电平延迟时间存储单元， HDIAN1 与 LDIAN1 作为低电平延迟时间存储 单元。 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 的延时。 对定时器置初值 8AD0H 可定时 60ms。 当 60ms 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。 PWM 脉宽控制 一个脉冲周期可以由高电平持续时间系数 DIAN0 和低电平持续时间系数 DIAN1组成，本设计中采用的脉冲频率为 ，可得 DIAN0+ DIAN1=65536，占空比为DIAN0/( DIAN0+ DIAN1)，因此要实现定频调宽的调速方式，只需通过程序改变全局变 量 DIAN0， DIAN1 的值，该子程序流程图如图。 中 断 响 应定 时 中 断 请 求关 外 中 断W A Y = 0 ?P 2 . 6 置 1P 2 . 7 = 1 ?存 定 时D I A N 0P 2 . 7 置 1开 外 中 断中 断 返 回P 2 . 7 置 1P 2 . 6 = 1 ?存 定 时D I A N 1P 2 . 6 置 0存 定 时D I A N 1P 2 . 7 置 0存 定 时D I A N 0P 2 . 6 置 1YNYYNN 图 PWM 脉宽控制流程图 21 键盘中断处理子程序 采用中断方式，按下键，单片机 脚产生一负跳沿，响应该中断处理程序，完成延时去抖动、键码识别、按键功能执行。 外 中 断 响 应中 断 请 求关 外 中 断K 4 = 1 ?K 1 = 1 ?开 外 中 断中 断 返 回K 4 = 1 ?改 变 w a yYNYYNK 2 = 1 ?YK 3 = 1 ?Y软 件 延 时去 抖 动K 1 = 1 ?N软 件 延 时去 抖 动NK 2 = 0 ?加 速子 程 序N软 件 延 时去 抖 动K 3 = 1 ?减 速子 程 序软 件 延 时去 抖 动F 0 = 0 ?F 0 = 1启 动 定 时电 机 启 动F 0 = 0关 闭 定 时电 机 停 止YNYNYNNY 图 键盘中断处理流程图 22 调速档、持续加 /减速 调速档通过（ 010）共 11 档固定占空比，即相应档位相应改变 DIAN0， DIAN1的值，以实现调速档位的实 现。 软件设计的特点 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，如电机运用于小车上，在启动上采用此方式也可加大启动速度，防止打滑。 对于运行时间的计算、显示。 配合传感器技术可用于计算距离，速度等重要的运行数据。 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。 23 第 5 章 单片机系统综合调试 在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用用电动机进行驱动、传动和 控制，而现代智能控制系统中，对电机的控制要求越来越精确和迅速，对环境的适应要求越来越高。 随着科技的发展，通过对电机的改造，出现了一些针对各种应用要求的电机，如伺服电机、步进电机、开关磁阻电机等非传统电机。 但是在一。