课程设计--基于at89c52的pwm直流电机调速系统设计含全套资料

课程设计--基于at89c52的pwm直流电机调速系统设计含全套资料内容摘要：

）的对地电压， 以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18 脚对地电压约为 ， 19脚对地电压约为。 复位电路 复 位是单片机的初始化操作，其主要作用是把 PC初始化为 0000H，使单片机从 0000H单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作失误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。 图 复位电路 单片机的复位电路在刚接通电时，刚开始电容是没有电的，电容内的电阻很低，通电后， 5V 的电通过电阻给电解电容进行充电，电容两端的电会由 0V慢慢的升到 4V 左右（此时间很短一般小于 秒），正因为这样，复位脚的电由低电位升到高电位，引起了内部电路的复位工作，这是单片机的上电 复位，也叫初始化复位。 当按下复位键时，电容两端放电，电容又回到 0V 了，于是又进行了一次复位工作，这是手动复位原理。 该电路采用按键手动复位。 按键手动复位为电平方式。 对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第 9 脚对地电压为零，可以用导线短时间和 +5V 连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路有问题，其中电平复位是通过 RET 端经电阻与电源 VCC 接通而实现的，当时钟频率适用于 12MHZ 时， C 取 100uF， R取 10K，为保证可靠 复位，在初识化程序中应安排一定的延迟时间。 14 稳压电源电路 电池放电时内阻稳定的增大，电压则稳定的减小， 而且接上大功率的负载时电压会瞬时降低， 不能用于提供固定的电压，对于各种 IC 芯片需要的稳定电压， 需要专门的稳压器件，或者稳压电路， 基本的稳压器有两种：线性（ LDO）和开关（ DCDC）， 其中前者只能降压使用，而前者还可以升压使用而且效率很高。 控制芯片 89C52的标准供电电压是 5V，可以选择使用线性电压调整芯片稳压，如： 7805：最大输出电流 ，内部过热保护，内部短路电流限制，典型 输入电压 7～20V， 输出电压 ~，静态电流典型值 ，压差（输出与输入的差）至少 2V。 78L05（电流较小）：最大输出电流 100mA，内部过热保护，典型输入电压 7～ 20V， 输出电压 ~，静态电流典型值 3mA。 LM317（电压可调）：输出电流可达 ，输出电压 ~37V，内部过热保护等。 选用 7805，一方面简单；另一方面比较常用且比较便宜。 LM78 系列是美国国家半导体公司的固定输出三端正稳压器集成电路。 我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用 ，是使用极为广泛的一类串联集成稳压器。 内置过热保护电路，无需外部器件，输出晶体管安全范围保护，内置短路电流限制电路。 对于滤波电容的选择，需要注意整流管的压降。 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成， ：整流作用是将交流电压变换成脉动电压。 滤波电路一般由电容组成，其作是脉动电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。 ：由于得到的输出电压受负载、输入电压和温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压。 VI1VO3GND2U17 8 0 5B R 12 W 0 0 5 GC43 3 0 u fC10 .1 u fC21 u fA C 1T R 1T RA NS F O RM E RV C CC33 3 0 u fD11 N40 0 7R170V C CV = 5 .0 0 4 4 2 图 三端集成稳压器 LM7805 正常工作时，输入、输出电压差 2～ 3V。 C1 为输入稳定电15 容，其作用是减小纹波、消振、抑制高频和脉冲干扰， C1一般为 ~ f。 C2 为输出稳定电容，其作用是改善负载的瞬态响应， C2一般为 1μ F。 使用三端稳压器时注意一定要加散热器，否则是不能工作到额定电流。 二极管 IN4007 用来卸掉 C2上的储存电能，防止反向击穿 LM7805。 查相关资料该芯片的最大承受电流为 ，因此输入端必须界限流电阻 R1， R1=(12*)/=58Ω，取近似值，选 用 70Ω的电阻。 此电源的缺点 : 此电源是线性稳压电路，所有有其特有的内部功率损耗大，全部压降均转换为热量损失了，效率低 .所以散热问题要特别注意。 由于核心的元件 7805 的工作速度不太高，所以对于输入电压或者负载电流的急剧变化的响应慢。 电源的优点 : 电路简单，稳定，调试方便 (几乎不用调试 )。 价格便宜，适合于对成本要求苛刻的产品。 2. 3 电路中几乎没有产生高频或者低频辐射信号的元件，工作频率低，易于控制。 信号输入电路 独立式按键 就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。 因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。 独立式按键电路配置灵活，软件简单。 但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。 消除键抖动。 一般按键在按下的时候有抖动的问题，即键的簧片在按下时会有轻微的弹跳，需经过一个短暂的时间才会可靠地接触。 若在簧片抖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。 16 图 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。 17 电机 PWM 驱动模块的电路 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18 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。 4 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 803 8058751 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 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19 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。 AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 256bytes 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 AT89C52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 AT89C52。 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 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 100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 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 1S。 定时器计数初值为 0EC8A H。 计数初值 X计算方法： (65536－ X) =，转换为十六进制： X=60536,考虑到 处理 每步程序 都需要 花费 系统时间 这里 我取 X=60554=0EC8AH 20 软件主要由 4部分组成：主程序、 按键状态 扫描程序、 按键功能 处理程序 定时、 中断程序。 4． 主程序流程 图 主程序流程图 4． 按键状态扫描程序 采用循环扫描方式，按下键，完成延时去抖动、键码识别、按键功能执行。 21 图 流程图 中断程序 流程图 图 调速档、持续加 /减速 调速档通过（ 0100）共 101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。 4． 软件设计的特点 22 对于电机的启停，在 PWM。