基于l298直流电机调速控制设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于l298直流电机调速控制设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

分电路 主要由 AT89S52 单片机的I/O 端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加、减速以及电机的正反转，并且可以调整电机的转 动 速 度 ，能够很方便 快捷 的实现电机的智能 化 控制。 它 是通过 AT89S52 单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到 L298 驱动芯片来控制直流电机 进行转动运行 的。 其 直流电机 PWM 控制系统由以下 几种 电路模块 沟成： 设计控制部分 ， 主要由 AT89S52 单片机的外部中断扩展电路 组 成。 直流电机PWM 控制实现部分主要由一些二极管、 直流 电机和 L298 直流电机驱动模块 构 成。 设计显示部分 ，主要是 LED 数码显示部 分， 它实现 对 PWM 脉宽调制占空比的实时 进行 显示。 设计输入部分 ， 这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来 达到 对直流电机的加 、减速以及电机的正 、 反转和急停 进行 控制。 系统框架设计 方案 简介 ：直流电机 PWM 调速系统 主要 以 AT89S52 单片机为控制 的 核心，由命令输入模块、 LED 显示模块及电机驱动模块组成。 利用 带中断的独立式键盘 输入命令 ， AT89S52 单片机在程序 的 控制下，定时不断给 L298 直流电机驱动芯片发送 PWM 波形， H型驱动电路 实现直流 电机正，反转和急停控制；同时单片机不停的将 PWM 脉宽调制占空比 传送 到 LED 数码管完成实时 的 显示。 见图 21。 基于 L298 直流电机调速控制设计 5 图 21 系统框架设计 因为 PWM 调速系统的开关 次数 很 多 ， 所以 仅靠电枢电感的滤波作用就 可以 得到 稳定 的直流电流， 速度低性能 好 ；同样，因为开关次数高， 响应 迅速性能 好，动态抗干扰能力强， 就 可以 得到 很宽 广 的频带；开关器件只工作在开关 的 状态，主电路 功率 损耗 低 ，装置效率高。 PWM 抗噪性 很强 ， 而 且有节约空间、比较经济实惠 等 优 点。 另外， 利 用传统的直流电机调速系统的模拟电路容易随 着 时间 进行飘移， 因而 会产生一些不必要的热 能 损耗，以及对噪声敏感等 缺点。 而在 直流电机调速系统利 用了 PWM 技术后，避免了 上述 的缺点，实现了对数字方式来控制模拟信号，可以大幅度降低支出 成本 和功 率损 耗。 3 PWM 脉宽调制原理 PWM 调速原理 PWM（脉冲宽度调制）是 利用 控制固定电压的直流电源开关 次数 ， 来实现改变 负载两端的电压 大小 ，从而 实现 控制要求的一种电压调整方 案。 PWM 可以应用 于 许多 的 方面， 譬如 ：电机调速、温度控制、压力控制等等 [7]。 在 PWM 驱动控制的调整系统中， 按照 一个 不变 的频率来接通和断开电源，并且根据需 要来 改变一个周期内“ 运行 ”和“ 停止 ”时间的 大小。 通过变化 直流电机电枢上电压的“占空 比”来 实现 改变平均电压大小的目的，从而 可以 控制 直流 电动机的转速。 也正因为 这样 ， PWM 也 被称为“开关驱动装置” ，见图 31 所示。 基于 L298 直流电机调速控制设计 6 图 31 PWM 信号的占空比 设电机 一直 接通电源时，电机转速最大 值 为 Vmax，设占空比为 D= t1 / T，则电机的平均速度为 Va = Vmax * D，其中 Va 指的是电机的平均速度； Vmax 是指电机在 接 通电时的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。 通过上面的公式可以知道 ，当我们 把 占空比 D=t1/T 改变 时，就可以得到 各种 电机平均速度 Va,从而 实现了 我们需要的 调速目的。 严格来 讲 ，平均速度 Vd和 占空比 D并 不是 严格的线性关系，但是在 通常 的应用中，我们可以 把它 近似的当成 是线性关系。 直流电机的速度 调节 既可 利 用电枢控制法 , 也 可以通过 磁场控制法。 磁场控制法控制磁通 , 它的 控制功率虽然较小 , 但低速 运行 时受到磁极饱和的 控制 , 高速时受到换向火花和换向 器结构强度的 控制 ,而且 因为 励磁线圈电感较 小 , 动态响应较 慢 , 一次 在工业生产过程中 通常使用 的是电枢控制法。 电枢控制是在励磁电压不变的情况下 , 把控制电压信号 放在 电机的电枢上来 影响 电机的转速。 过去 改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻 , 通过调节电阻 大小 改变电枢 两端 电压 ,从而 达到调速的目的 , 所以说 这种方法效率低、平滑度差 , 而且 由于串联电阻上要消耗电功率 ,也引发出 经济效益低 , 而且转速越慢 , 能 量损 耗越大 等缺点。 随着电力电子的 快速进步和 发展 , 出现了 大量 新的电枢电压控制方法。 如 : 通过 交流电源 提供电源 , 利用 晶闸管整流器 来 相控调压。 脉宽调制 ( PWM )调压等 方法。 调压调速法 因为 平滑度高、能耗 低 、精度 准确 等优点 , 在工业生产中 得到了 广泛使用 , 尤其 PWM 应用更为广泛。 脉宽调速利用一个 稳定 的频率来 调节 电源的接通或断开 , 并通过改变一个周期内“ 接通” 和“断开”时间的 大小 , 即 通过变化 直流电机电枢上电压的“占空比 ”来改变平均电 流 的大小 , 从而 改变 电动机的 转动快慢 , 所以 PWM 又被 叫成 “开关驱动装置”。 根据图 1, 如果电机始终接通电源时 , 电机转 动 最 快时的速度 为 Vm ax,占空比为 D = t1*T,则电机的平均 转动 速度为 : VD= Vmax/ D,显而 改变占空比 D大小 ,就可以得到 各种需要 的电机速度 , 从而 实现改变速度的结果 , 非常 严格地说 , 平均速度与占空比 D 它们之间 并不是严格的线性关系 , 在一般的 生产生活应用中 , 我们可以把 其近似 当成是 线性关系。 PWM 调速方法 基于 L298 直流电机调速控制设计 7 由于 单片机类 通过 软件来 达到我们需要的 PWM：在 PWM 调速系统中占空比 D是 一个决定性的参数 ， 在电源电压 保持 稳定 的 状态 下，电枢端电压的平均大小受到 占空比 D的大小 的影响 ，改变 D的 大小 可以 使 电枢端电压的平均值 发生变化 从而达到 改变速度 的目的。 改变占空比 D的值有三种方法： ① 定宽调频法： 首先 不变 ，只改变 t， 从而 使周期 (或频率 )也随之 发生变化。 ② 定频调宽法： 首先 周期 T(或频率 )不变 ， 通过 改变 t1 和 t值大小。 ③ 调宽调频法： 首先 t稳定 ， 仅 改变 ， 从而 使周 期 (或频率 )也随之 发生 改变。 前两种方法在 改变速度时使 控制脉冲的周期 (或频率 )发生了变化 ，当控制脉冲的频率与系统的固有频率 值一样 时，将会 产生 振荡， 所以一般通过 定频调宽法来改变占空比 来实现 改变直流电动机电枢电压 大小。 利用单片机的定时计数器外加软件延时 等 方 法 来 达到 脉宽的自由调整， 这种方法可以简便 硬件电路，操作 容易 等优点。 PWM 实现方式 ⑴ ： 通过 软件延时 方法 ， 这种方法在精度上没有第二种精确 ， 尤其是在采用了 中断后，将有 产生很大 的误差。 故采用方案 二。 ⑵ ： 通过 定时器 当作 脉宽控制的 时间控制 方式， 这种方法产生的脉冲宽度非常 精确，误差只 有 几个 us。 PWM 控制流程图 在本设计中 PWM 脉冲调制 控制流程图如 下图 32 基于 L298 直流电机调速控制设计 8 图 32 PWM 控制流程图 4 系统硬件设计 系统基本组成 硬件模块组成 （ 1）单片机控制模块 （ 2） LED 显示模块 （ 3） L298 电机驱动模块 （ 4）独立键盘控制模块 单片机整个控制模块 直流电机 调节速度 系统的控制 板块 见图 41 基于 L298 直流电机调速控制设计 9 图 41单片机整个控制模块 上图通过 定时计数器让单片 机 P2口的 引脚 产生各种不同占空比的 方波， 而后通过 驱动芯片 L298 放大后 调节 直流电机 转动。 驱动芯片的输入电压是两引脚的 电势差 ，在 调节快慢 时一根引脚线 产生调速方波 ，另一个引脚 接低电平 ，这样两个引脚的电压 之间的差值 就 可以通过改变 其中一个引脚来控制。 当我们需要让电机转动方向发生改变时 ，两个引脚的输出 一样。 定时计数器若干时间（ 1us） 停止 一次， 就会让 低 电平 或者高电平。 直流电机的速度 有 10 个等级 构成 ， 所以 一个周期就有 10 个脉冲 组成 ，周期为一百个脉冲的时 长构成 ，速度等级 与 一个周期的高电平脉冲的个 数 相关联。 占空比为高电平脉冲个数 在 周期 中 总脉冲 数量中所对应 百分 比。 一个周期 内通过电机两端的电压为脉冲高电压 和 占空比 的乘积。 占空比越大， 相应 电机两端的电压越大，电机 转速 越 大。 电机的平均速度 就是 在 稳定 的占空比下电机的 转速的最大值 乘以占空比。 当我们改变占空比 的大小 时，就可以得到不同的电机平均速度，从而 实现我们改变速度的目的。 精确的讲，平均速度与占空比并不是严格的线性关系， 在我们通常使用和利用的时候 ， 可以认为他们就是 线性关系。 AT89S52 的简介 AT89S52 主要性能 AT89S52 是一种 功 率损耗大，性能不好的 CMOS8 位微控制器， 拥有 8K 在系统可编程 Flash 存储 装置。 使用 Atmel 公司高密度 不容易失去记忆的 存储器技基于 L298 直流电机调速控制设计 10 术制造， 与工业 80C51 产品指令和引脚 可以共同使用。 片上 Flash 使用 程序存储器在系统可 以通过 编程 得到 ， 也可以用在常规编程器。 在单芯片上，具有小巧简便 的 4 位 CPU 和在系统 使用到的可以使用的 Flash，使得 AT89S52 为 较少 嵌入式 约束 应用系统提供灵活 性强 、 方法有效 的解决方 法。 与 MCS51单片机产品 完全可以混合使用 ； 8K字节在系统可编程 Flash 存储器； 10000次擦 写周期； 所有的都是静止操作 ： 1Hz～ 33Hz；三级加密程序存储器； 48个可编程 I/O 口线；三个 32 位定时器 /计数器； 十六 个中断源；全双工 UART 串行通道；低功耗空闲和 断电状态 ； 关闭电源后 中断可唤醒；看门狗定时器；双数据指针；掉电标识符。 AT89S52 主要功能列举 拥有灵巧的 4位 CPU 和在系统可编程 Flash 晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz） 内部程序存储器（ ROM）为 16KB 内部数据存储器（ RAM）为 256 字节 32 个可编程 I/O 口线 8 个中断向量源 三个 32 位定时器 /计数器 三级加密程序存储器 全双工 UART 串行通道 AT89S52 各引脚功能介绍 AT89S52 单片机 各个 引脚见图 42 基于 L298 直流电机调速控制设计 11 图 42 AT89S52 单片机各引脚 VCC： AT89S52 输入 电源正 极 10V。 VSS： 电源地端。 XTAL1： 单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2： 系统时钟的反相放大器输出端， 通常 在 设计时 只要在 XTAL2 和 XTAL1 上 装上 一只石英振荡晶体系统就可以 完成我们的需要 了，此外可以在两引脚与地之间加入一 个 30PF 的小电容，可以 让 系统更稳定 运行 ，避免噪声干扰而 引起机器停止运行。 RESET： AT89S52 的重置引脚，高电平动作， 当要对晶片重新改动时 ，只要对此引脚电平提升 到 高电平并 在 两个机器周期以上的时间 保持不变 ， AT89S51 就能够完成系统要求的 的各项动作， 就能让 内 部特殊功能寄存器 中的数据都 被设成已知状态， 而且 至地址 00000H 处开始 输入 程序代码而执行程序 命令。 EA/Vpp： EA为英文 External Access的缩写， 意思是存储 外部程序代码，低电平动作， 相当于当此引脚接低电平后，系统就会利用 外部的程序代码（存于外部 EPROM 中）来执行 命令。 因此在 8031 及 8033中， EA 引脚 一定要与 低电平 相连 ，基于 L298 直流电机调速控制设计 12 因为 它的内部中没有 程序存储器空间。 如果是使用 8751 内部程序空间时， 这时候要 引脚要 引入 高电平。 而且 ，在将程序代码 变成了 8751 内部 EPROM 时，可以利用此引 脚来 得到 21V 的烧录高压（ Vpp）。 ALE/PROG： ALE 是英文 Address Latch Enable的 意思 ，表示地址锁存器 开启状态。 AT89S52 可以 通过这支引脚来引起外面 的 8位锁存器（如 74LS373），将端口 0 的地址总线（ A0～ A7）放在 锁存器 之 中， 由于 AT89S52 是以多种的方案传出地址及数据。 通常 在。