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33个毕业设计单片机类用单片机控制直流电机用单片机控制直流电机.doc

33个毕业设计单片机类用单片机控制直流电机用单片机控制直流电机

紫馨轩
2018-09-07 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《33个毕业设计单片机类用单片机控制直流电机用单片机控制直流电机doc》,可适用于工程科技领域

wwwsfmcucomwwwsfeducn盛方单片机用单片机控制直流电机摘要本设计以ATC单片机为核心以*矩阵键盘做为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向完成了基本要求和发挥部分的要求。在设计中采用了PWM技术对电机进行控制通过对占空比的计算达到精确调速的目的。、设计方案比较与分析:、电机调速控制模块:方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小但电流很大分压不仅会降低效率而且实现很困难。方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案三:采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下效率非常高H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制电子开关的速度很快稳定性也极佳是一种广泛采用的PWM调速技术。兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大因此本设计采用方案三。、PWM调速工作方式:方案一:双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内单片机两控制口各输出一个控制信号两信号高低电平相反两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。方案二:单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平另一端输出PWM信号两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小其电流的最大波动也比双极性工作制的小所以我们采用了单极性工作制。、PWM调脉宽方式:调脉宽的方式有三种:定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调宽方式因为采用这种方式电动机在运转时比较稳定并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。、PWM软件实现方式:方案一:采用定时器做为脉宽控制的定时方式这一方式产生的脉冲宽度极其精确误差只在几个us。方案二:采用软件延时方式这一方式在精度上不及方案一特别是在引入中断后将有一定的误差。但是基于不占用定时器资源且对于直流电机采用软件延时所产生的定时误差在允许范围故采用方案二。、系统分析与设计:总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。键盘向单片机输入相应控制指令由单片机通过P与P其中一口输出与转速相应的PWM脉冲另一口输出低电平经过信号放大、光耦传递驱动H型桥式电动机控制电路实现电动机转向与转速的控制。电动机的运转状态通过LED显示出来。电动机所处速度级以速度档级数显示。正转时数字向右移动反转时数字向左移动。移动速度分档快慢与电动机所处速度级快慢一一对应。每次电动机启动后开始计时停止时LED显示出本次运转所用时间时间精确到s。、系统的硬件电路设计与分析电动机PWM驱动模块的电路设计与实现具体电路见下图二。本电路采用的是基于PWM原理的H型桥式驱动电路。图二PWM电路由四个大功率晶体管组成H型桥式电路构成四部分晶体管以对角组合分为两组:根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。个二极管在电路中起防止晶体管产生反向电压的保护作用。个电感在电路中是起防止电动机两端的电流和晶体管上的电流过大的保护作用。在实验中的控制系统电压统一为v电源因此若达林顿管基极由控制系统直接控制则控制电压最高为V再加上三极管本身压降加到电动机两端的电压就只有V左右严重减弱了电动机的驱动力。基于上述考虑我们运用了N光耦集成块将控制部分与电动机的驱动部分隔离开来。输入端各通过一个三极管增大光耦的驱动电流电动机驱动部分通过外接V电源驱动。这样不仅增加了各系统模块之间的隔离度也使驱动电流得到了大大的增强。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Hz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Hz以下电动机转动有明显跳动现象。实验证明脉冲频率在HzHz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N输入信号N输入低电平与N输入低电平N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。速度分档控制从高电平(第档)到低电平(第档)中间占空比以逐极递减。速度微调方面可以通过对占空比以的跨度逐增或逐减分别实现对速度的逐加或逐减。、系统的软件设计本系统编程部分工作采用KELIC语言完成采用模块化的设计方法与各子程序做为实现各部分功能和过程的入口完成键盘输入、按键识别和功能、PWM脉宽控制和LED显示等部分的设计。单片机资源分配如下表:P显示模块接口外部中断(P)键盘中断P键盘模块接口PPPWM电机驱动接口内部定时器系统时钟系统主函数流程如图三:①PWM脉宽控制:本设计中采用软件延时方式对脉冲宽度进行控制延时程序函数如下:voiddelay(unsignedchardlylevel){inti=*dlylevelwhile(i)}此函数为带参数DLYLEVEL约产生DLYLEVEL*us的延时因此一个脉冲周期可以由高电平持续时间系数hlt和低电平持续时间系数llt组成本设计中采用的脉冲频率为Hz可得hltllt=占空比为hlt(hltllt)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hltllt的值该子程序流程图如图四。②键盘中断处理子程序:采用中断方式按下键单片机P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。调速档、持续加减速:调速档通过()共七档固定占空比即相应档位相应改变hltllt的值以实现调速档位的实现。而要实现按住加减速键不放时恒加或恒减速直到放开停止就需在判断是否松开该按键时每进行一次增加减少占空比(即hltllt),其程序流程图如图五。③显示子程序:利用数组方式定义显示缓存区缓存区有位分别存放各个LED管要显示的值。显示子程序为一带参子程序参数为显示缓存的数组名通过for(i=i<i)方式对每位加上位选码送到P口并进行一两毫秒延时。该显示子程序只对各个LED管分别点亮一次因此在运行过程中每秒执行的次数不应低于每秒次。④定时中断处理程序:采用定时方式因为单片机使用M晶振可产生最高约为ms的延时。对定时器置初值CBH可定时ms即系统时钟精度可达s。当ms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并对全局变量time加这样通过变量time可计算出系统的运行时间。对于一个数的显示先应转成BCD码即取出每一个位分别送入显示缓存区对于转BCD的算法应对一个数循环除取模直至为程序如下:do{dispbuffbcdp=bechangedispbuff为显示缓冲区数组bcdp}while(bechange=)dispp为数组指针软件设计中的特点:、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。、测试结果与分析:结束语本设计在硬件上采用了基于PWM技术的H型桥式驱动电路解决了电机马驱动的效率问题在软件上也采用较为合理的系统结构及算法提高了单片机的使用效率且具有一定的防飞能力。但该设计也有不足之处主要是在关于速度的反馈上无法提供较为直观的速度表示方式因此有必要引入传感器技术对速度进行反馈以rpm或rps表达当前的转速进行显示。�EMBEDVisioDrawing����EMBEDVisioDrawing����EMBEDVisioDrawing����EMBEDVisioDrawing���vsd������������=���P=��P=���P=��P=�������(��������������)�����(��������������)�����(��������������)�����(��������������)�P=�P=�����������������vsd�����������������������������������������������PWM������������������������������Y�N������vsd���������������������������������=���PWM����������������������������������P=,P=��N�Y�������vsd�������PWM�����������LED�����*����������

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