基于单片机的直流电机pmw调速系统设计

基于单片机的直流电机pmw调速系统设计内容摘要：

可反复擦写 (1000 次 )Flash ROM， 32 个双向 I/O 口， 256x8bit 内部 RAM，时钟频率 024MHz，可编程 UART 串行通道。 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断， 2个串行中断， 2 个外部中断源，共 6个中断源， 2 个读写中断口线。 其引脚排列图如下图 ： 图 STC89C52 的引脚排列 西南大学育才学院 2020 届电子信息工程专业本科毕业设计 第 8 页 共 27 页 引脚功能如下： VCC：电源电压 GND： 地 P0 口 ： P0口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“ 1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 P1 口 ： P1 是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“ 1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号 拉低时会输出一个电流（ IIL）。 P2 口 ： P2是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4个 TTL 逻辑门电路。 对端口 P2 写“ 1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（ IIL）。 在访问 8位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX＠ RI指令）时， P2口输出 P2 锁存器的内容。 Flash 编程或校验时， P2 亦接收高位地址和一些控制信号。 P3 口 ： P3口是一组带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口。 P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对 P3 口写入“ 1”时，它们被内部上位电阻拉高并可作为输入端口。 此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（ IIL）。 P3口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表。 RST： 复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE脉冲。 EA/VPP：外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H－FFFFH）， EA端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执行内部程序存西南大学育才学院 2020 届电子信息工程专业本科毕业设计 第 9 页 共 27 页 储器中的指令。 Flash 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 VPP，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 VPP。 表 P3 口的第二功 能 XTAL1： 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 H 桥驱动电路 基于三极管的使用机理和特性，在驱动电机中采用 H 桥功率驱动电路 直流电机控制使用 H 桥驱动电路 如图 ，当 PWM1 为低电平 ,PWM2 为高电平时， 使三极管 Q Q6 同时导通 Q Q5 截止，从而实现电机正向转动以及转速的控制；同理，当 PWM1 为高电平 ,PWM2 为高电平时， 使三极管 Q Q5 同时导通 Q Q6 截止，从而实现电机反向转动以及转速的控制。 端口引脚 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外中断 0） INT1（外中断 1） T0（定时 /计数器 0） T1（定时 /计数器 1） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） 西南大学育才学院 2020 届电子信息工程专业本科毕业设计 第 10 页 共 27 页 图 H 桥的电机驱动电路 基于霍尔传感器的测速模块 1 霍尔传感器的工作原理 霍尔效应 ： 在一块半导体薄片上，当它被置于磁感应强度为 B 的磁场中 ，如果在它相对的两边通以控制电流 I，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流 I 和磁感应强度 B 乘积成正比的电势 EH，即 EH=KHIB，其中 KH 为霍尔元件的灵敏度。 该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。 工作原理 ： 霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压 EH 放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。 信号输出端每输出一个周期的方波，代表转过了一个齿。 单位时间内输出的脉冲数 N，因此可求出单位时间内的速度 V＝ NT。 2 霍尔传感器的电路原理图 霍尔效应： EH=KHIB 其中 KH 是系数， I是电流， B是磁感应强度。 当电机转动时，有磁铁一端转到霍尔器件时，电压就会改变，而产生一个 脉冲 送入单片机。 西南大学育才学院 2020 届电子信息工程专业本科毕业设计 第 11 页 共 27 页 图 霍尔传感器的测速电路 ． 显示模块方案 方案一： 选择主控为 ST7920 的带字库的 LCD12864 来显示信息。 12864 是一款通用的液晶显示屏，能够显示多数常用的汉字及 ASCII 码，而且能够绘制图片，描点画线，设计成比较理想的结果。 方案二： 采用四个 LED发光二极管显示，其成本低，简单明了，容易 显示控制。 综合以上方案，我们选择了经济实惠 LED来作为速度级别显示。 西南大学育才学院 2020 届电子信息工程专业本科毕业设计 第 12 页 共 27 页 原理图 西南大学育才学院 2020 届电子信息工程专业本科毕业设计 第 13 页 共 27 页 按键功能 按键框架图 按键部分， 有 5个按键， 按钮如上图所示： S3 键是正转按钮， S4 键是反转按钮， S5 键是加速按钮， S6 键是减速按钮， S7键停止按钮。 调速设计模块 PWM 波软件软件设计 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，并且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 ” 来达到改变平均电压大小的目的， 从而来控制电动机的转速。 也正因为如此，PWM又被称为 “ 开关驱动装置 ”。 西南大学育才学院 2020 届电子信息工程专业本科毕业设计 第 14 页 共 27 页 图 方波 设 方波周期 T=20ms，由计时器 T0 来实现。 定时时间： t=N Tcy fosc=12NHz Tcy=1us 计数值为： N=t/Tcy=20ms/1us=20200 t1脉冲先设初始值为 10ms，则根据公式可得 N=10000。 通过按键来改变 t1 的值，如按加速键时， t1 由 10000 变为 11000，按减速键时，t1由原来的 10000 变为 9000，这样就改变了占空比。 系统设计总框架图 ： 本系统采 用 89C52控制输出数据，由 PWM 信号发生电路产生 PW。