直流电机调速系统

直流电机调速系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目:直流电动机调速系统 学 院:机电汽车工程学院 专 业:测控技术 班 级: 组 员: 指导老师: 姓名: 学号: 目录 一、摘要 二、课程设计要求 三、直流电动机调速概述 (一)直流电机结构 (二)直流电机工作原理 (三)直流电机PWM调速原理 四、课程设计思路简介 五、 总体电路设计 (一) 单片机芯片 直流电动机驱动电路的设计 (二) (三) 复位与晶振电路 (四) 正反转控制电路设计 (五) PWM脉冲控制电路设计 六、软件设计 (一)硬件的分配如下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 所示 (二)软件流程如下图所示 (三)总体程序 七、 整体电路图以及单片机输出的PWM脉冲波形图 一、摘要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片L298作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本文利用proteus仿真软件对所设计的电路进行仿真 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，发现和解决问题并实现功能。同时利用keil软件进行汇编语言编程设计。 关键词:PWMX信号、直流电机驱动、proteus、keil 二、课程设计要求 本设计一MCS-51系列单片机为核心，采用常用电子器件设计，一个启动开关一个停止开关，一个正向开关，一个反向开关，八位拨码开关负责设置占空比进行脉冲宽度调制，可实现电动机的正转、反转、刹车、滑行，四种状态，并可根据占空比调节转速。 三、直流电动机调速概述 (一)直流电机结构 直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极，转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向片和电刷引出，直流电机结构如下图所示 (二)直流电机工作原理 由上图可知，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面固定线圈abcd。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中的电流方向改变时，线圈受力的方向也改变，因此通过改变线圈电流的方向实现改变电机的方向。 (三)直流电机PWM调速原理 对于直流电机来说，如果加在电枢两端的 电压为右图所示的脉动电压，可以看出， 在T不变的 1 情况下，改变和 宽度，电压将发生变化。下面对这一变化作进一步的推导。 设电机接全电压U时，其转速最大为。若施加到电枢两端的脉动电压占空 /T,则电枢的平均电压为 比为D= = 则 下图为施加不同的占空比时测的的转速与占空比的关系图 四、课程设计思路简介 ? 选用ATMEL公司89C51单片机，它具有16KB的内部ROM, 2个定时器/ 计数器，2个外部中断。 ? 通过外部中断来读取控制按钮的的动作。 ? 通过L298驱动芯片来实现电机的驱动。 ? 通过PWM技术来控制电动机速度的控制。 2 八位拨码开关(控电动机 单片机(读取速度制电动机速度) 控制、开关、正转 反转信号，向驱动 芯片输出控制信 L298N实现号) 开关(控制电动机电动机功率正转、反转、制动驱动 滑行) 五、总体电路设计 (一)单片机芯片 本设计选择AT89C51单片机芯片实现 89C51是MCS-51系列单片机中的一个子系列，是一族高性能兼容型单片机。其内部资源分配和性能如下;8位CPU;寻址能力2X64K;4KB的内部ROM和128B内部RAM;四个8位I/O接口电路;一个串行全双工异步接口;五个中断源和两个中断优先级;采用CMOS工艺电流小，低功耗。 80C51各引脚主要功能简介: (1)Vss(20脚):接地 (2)VCC(40脚): 主电源+5V (3)XTAL1(19脚):接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端引脚必须接地;对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2(18脚):接外部晶体的另一端。在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需采用外部时钟电路，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲;对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。 (4) RST(9脚): 单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位(RESET) 3 (5)PSEN(29脚): 在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。 (6)ALE/PROG(30脚):地址锁存允许/编程线。51系列单片机为了减少外部引脚的数量，采用了地址/数据总线复用技术，ALE信号为振荡器频率的1/6,在访问片外存储器时，ALE信号输出的脉冲下降沿用于锁存p0口输出的低八位地址线，与p2口结合形成16位地址总线;在不访问外部存储器时，该引脚仍以不变的频率周期性的输出脉冲信号，可以用作对外输出的时钟或定时的目的。但要注意在访问外部数据存储器期间，将跳空一个ALE脉冲，此时不宜作为时钟输出。 (7)EA/VPP(31脚):当EA端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000单元开始执行程序。当地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。当EA输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。在对87C51EPROM编程时，此引脚用于施加编程电压VPP。 (8)输入/输出引脚: 1)P0.0—P0.7 (39脚—32脚) 2)P1.0—P1.7 (01脚—08脚) 3)P2.0—P2.7 (26脚—21脚) 4)P3.0—P3.7 (10脚—17脚) (单片机内部组成) (单片机引脚图) 4 (二)直流电动机驱动电路的设计 一、利用L298芯片驱动电动机电路 (L298芯片驱动电机电路) L298双H桥直流电机驱动板可以驱动两台直流电动机，使能端ENA、ENB为高电平时有效，若要对直流电动机进行PWM调速，需要设置IN1、IN2，确定电动机的转动方向，然后对使能端输出PWM脉冲，即可实现调速，控制方式及直流电机状态如下表所示: (图2.11 L298N逻辑图) 5 (图2.12 L298N内部逻辑图) L298 引脚符号及功能: SENSA、SENSB:分别为两个H桥的电流反 馈脚，不用时可以直接接地 ENA 、ENB:使能端，输入PWM信号 IN1、IN2、IN3、IN4:输入端，TTL逻辑 电平信号 OUT1、OUT2、OUT3、OUT4:输出端， 与对应输入端同逻辑 VCC:逻辑控制电源，4.5~7V GND: 接地 VSS :电机驱动电源，最小值需比输入的低 电平电压高 6 二、利用L6203芯片驱动电动机 (L6203芯片内部原理图) 若要利用L6203 驱动直流电动机，需加 放大电路，续流电路， 考虑到电路实现方面 的简便性，我们选择利 用L298芯片进行驱 动。 (L6203驱动电机电路图) 7 (三)复位与晶振电路 (复位电路设计) (晶振电路设计) XTAL1和XTAL2的两端用来连接石英晶体和外接电容，即用来连接片内OSC的定时反馈回路。石英起振后应能在XTAL2线上输入一个3V左右的正弦波，以便使,,,,,,片内的,,,电路按石英晶振相同频率自激振荡。 (四)正反转控制电路设计 根据课题要求，一个启动开关、一个停止开关、一个正向开关、一个反向开关，可实现电动机的正转、反转、刹车、滑行，四种状态，在设计过程中，考虑到要利用单片机实现功能，我们设计了开关与单片机的接口电路具体电路如下图所示。 (正反转控制电路设计) 8 本电路利用普通按键开关，辅以74ls09与门芯片实现正反转控制。74ls09芯片如下介绍。 四2输入与门(OC)，09为集电集开路输出的四组2输入端与门(正逻辑)。 (图2.10 74ls09逻辑图) (五)PWM脉冲控制电路设计 (PWM脉冲控制电路) 电路如图所示，为八位开关，控制P0口高低电平，由单片机读取后控制输出PWM波的占空比，从而可以控制电动机的速度。 六、软件设计 (一)硬件的分配如下表所示 9 名称 功能描述 P0.0-P0.7 PWM控制开关输入 P2.0-P2.3 电机控制开关输入 外部中断INT0 电机控制开关有输入指示 P2.0 PWM波输出 P2.1/P2.2 控制电机驱动芯片输出 (二)软件流程如下图所示 开始 系统初始化 中断, 关中断 读取P2口数据 判断状态 10 正转, 停车, 反转, 刹车, P1.6=0 P1.7=1 P1.6=1 P1.7=1P1.5=0 O1.6=0 P1.5=1 P1.6=1 反转 正转 P1.7=0 停车 P1.7=1 刹车 开中断 读8位拨码开关数据 调整PWM波占空比 调速 RETI (三)总体程序 ORG 0000H LJMP MAIN 11 ORG 0003H ;判断中断状态 LJMP INT00 ORG 000BH ;判断定时器0中断状态 LJMP IT00 MAIN: MOV SP,#60H ;初始指定一个堆栈地址 MOV TMOD,#01H ;确定定时中断方式 MOV TH0,#0FFH ;置初值 MOV TL0,#0FFH CLR P1.0 ;初始化 CLR P1.1 CLR P1.2 CLR IT0 ;低电平触发 CLR C ;清零标志位 SETB EA ;开总开关 SETB EX0 ;开外部中断开关 SETB ET0 ;开定时中断开关 SETB TR0 ;定时中断开启 SJMP $ ;等待中断 INT00:CLR EX0 MOV P2,#0FFH ;读P2口状态 MOV A,P2 JNB ACC.0,SC1 ;跳转到刹车子程序 JNB ACC.1,ZZ1 ;跳转到正转子程序 JNB ACC.2,FZ1 ;跳转到反转子程序 JNB ACC.3,TZ1 ;跳转到停止子程序 SETB EX0 RETI SC1:LCALL TTS ;软件延时去抖 LCALL TTS JNB ACC.0,SC RETI SC:SETB P1.1 ;控制L298刹车 SETB P1.2 LCALL TTS LCALL TTS LCALL TTS SETB EX0 RETI ZZ1:LCALL TTS ;软件延时去抖 LCALL TTS JNB ACC.1,ZZ RETI ZZ:SETB P1.1 ;控制L298正转 CLR P1.2 12 LCALL TTS LCALL TTS LCALL TTS SETB EX0 RETI FZ1:LCALL TTS ;软件延时去抖 LCALL TTS JNB ACC.2,FZ RETI FZ:CLR P1.1 ;控制电动机反转 SETB P1.2 LCALL TTS LCALL TTS LCALL TTS SETB EX0 RETI TZ1:LCALL TTS ;软件延时去抖 LCALL TTS JNB ACC.3,TZ RETI TZ:CLR P1.1 ;控制电动机停止 CLR P1.2 LCALL TTS LCALL TTS LCALL TTS SETB EX0 RETI IT00: MOV P0,#0FFH ;扫描P0口控制PWM波开关状态 MOV A,P0 MOV R0,A ;将P0口状态放入R0 CPL P1.0 ;控制PWM波程序 JB P1.0,Y1 MOV TH0,R0 RETI Y1:MOV A,P0 MOV R0,A MOV A,#0FFH SUBB A,R0 MOV TH0,A RETI TTS: MOV R3,#0E0H ;延时子程序 TT1S: MOV R4,#30H TT0S: DJNZ R4,TT0S DJNZ R3,TT1S 13 RET END 七、整体电路图以及单片机输出的PWM脉冲 14 15