基于單片機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題目： 基于單片機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　屆 班級(jí) 電三 </p><p

2、>　　指導(dǎo)教師 專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　本文主要研究了利用MCS-51系列單片機(jī)，通過(guò)PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒(méi)有了學(xué)科之間的界限，

3、結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無(wú)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。</p><p>　　本文就是利用這種控制方式來(lái)改變電壓的占空比實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的控制。文章中采用了專門(mén)的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過(guò)放大來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。利用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)得電機(jī)速度，經(jīng)過(guò)濾波電路得到直流電壓信號(hào)，把電壓信號(hào)輸入給A/D轉(zhuǎn)換芯片最后反饋給單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行PI運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控

4、制。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1 選擇電動(dòng)機(jī)參數(shù)：</p><p>　　額定電壓：6V額定轉(zhuǎn)速：6000rpm減速比：1：46.7</p><p>　　空載轉(zhuǎn)速：128rpm10ms/轉(zhuǎn)</p><p>　　2 電機(jī)調(diào)速模塊采用由三極管組成

5、的H型PWM電路。用單片機(jī)控制三極管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。</p><p>　　3 PWM調(diào)速工作方式</p><p>　　由于單極性工作制電壓波開(kāi)中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動(dòng)

6、也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。</p><p>　　調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。</p><p>　　采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè)us。</p><p>&l

7、t;b>　　4 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　框圖如下圖所示，硬件電路結(jié)構(gòu)初步設(shè)想由以下4部分組成：時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路部分采用了以GTR為可控開(kāi)關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)?？刂撇糠植捎脜R編語(yǔ)言編程控制，AT89C51芯片的定時(shí)器產(chǎn)生PWM脈沖波形，通過(guò)調(diào)節(jié)波形的寬度來(lái)控制H電路中的GTR通斷時(shí)間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的控制。</p

8、><p>　　根據(jù)硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖，對(duì)各部分模塊的原理進(jìn)行分析，編寫(xiě)個(gè)子模塊程序，最終將其組合。</p><p>　　圖3.1硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　二 信號(hào)輸入電路</b></p><p>　　獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線

9、上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵需要占用一個(gè)輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤(pán)適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。</p><p>　　消除鍵抖動(dòng)。一般按鍵在按下的時(shí)候有抖動(dòng)的問(wèn)題，即鍵的簧片在按下時(shí)會(huì)有輕微的彈跳，需經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的時(shí)間才會(huì)可靠地接觸。若在簧片抖動(dòng)時(shí)進(jìn)行掃描就可能得出不正確的

10、結(jié)果。因此，在程序中要考慮防抖動(dòng)的問(wèn)題。最簡(jiǎn)單的辦法是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，等待（延遲）一段時(shí)間再進(jìn)行“行掃描”，延遲時(shí)間為10～20ms。這可通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)解決，當(dāng)系統(tǒng)中有顯示子程序時(shí)，調(diào)用幾次顯示子程序也能同時(shí)達(dá)到消除抖動(dòng)的目的。</p><p>　　電機(jī)PWM電路驅(qū)動(dòng)的模塊</p><p>　　三 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分析在進(jìn)行

11、單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。</p><p>　　鍵盤(pán)向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過(guò)P3.7輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，另一口輸出高電平，驅(qū)動(dòng)H型橋式電動(dòng)機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動(dòng)機(jī)所處速度級(jí)以速度檔級(jí)數(shù)表示。速度分4檔，快慢與電動(dòng)機(jī)所處速度級(jí)快慢一一對(duì)應(yīng)。</p>

12、;<p>　　在程序中通過(guò)軟件產(chǎn)生PWM，送出預(yù)設(shè)占空比的PWM波形。PWM（脈沖寬度調(diào)制）是一系列周期固定、占空比可調(diào)的脈沖系列，由于每個(gè)脈沖的高電平時(shí)間和低電平時(shí)間之和必須等于周期數(shù)，所以輸出電平的維持時(shí)間必須由定時(shí)器來(lái)控制。設(shè)PWM周期為T(mén)，高電平時(shí)間為T(mén)H，低電平時(shí)間為T(mén)L，電壓為VCC，則輸出電壓的平均值為：UAV =VCC*TH/（TH+TL）=VCC*TH/T=aVCC，當(dāng)VCC固定時(shí)，其電壓值取決于PWM波

13、形的占空比a，而PWM的占空比由單片機(jī)軟件內(nèi)部用于控制PWM輸出的寄存器值決定。</p><p>　　軟件主要由3部分組成：主程序、鍵盤(pán)掃描程序、中斷處理程序。主程序流程如圖4-1所示。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　1 定時(shí)中斷處理程序</p><p>　　采用定時(shí)方式1，因?yàn)閱纹瑱C(jī)使用12M晶振，可產(chǎn)生最

14、高約為65.5ms的延時(shí)。對(duì)定時(shí)器置初值0xFF9C可定時(shí)100us。當(dāng)100us定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)器溢出則響應(yīng)該定時(shí)中斷處理程序，完成對(duì)定時(shí)器的再次賦值。 </p><p>　　2 PWM脈寬控制 </p><p>　　一個(gè)脈沖周期可以由高電平持續(xù)時(shí)間系數(shù)c16TimeH和低電平持續(xù)時(shí)間系數(shù)c16TimeL組成，本設(shè)計(jì)中采用的脈沖頻率為10000Hz，可得c16TimeH+c16TimeL

15、=65536，占空比為c16TimeH/(c16TimeH+c16TimeL)，因此要實(shí)現(xiàn)定頻調(diào)寬的調(diào)速方式，只需通過(guò)程序改變?nèi)肿兞縞16TimeH，c16TimeL的值。</p><p>　　產(chǎn)生PWM波程序?yàn)椋?見(jiàn)附錄1</p><p><b>　　程序流程框圖：</b></p><p>　　程序內(nèi)容：（詳見(jiàn)附錄2）</p>

16、<p><b>　　仿真結(jié)果與分析</b></p><p>　　未啟動(dòng)仿真時(shí)，初始狀態(tài)： </p><p><b>　　啟動(dòng)仿真后：</b></p><p>　　示波器顯示PWM方波：</p><p><b>　　高速擋（正轉(zhuǎn)）：</b></p>

17、<p><b>　　低速擋（正轉(zhuǎn)）：</b></p><p><b>　　反轉(zhuǎn)狀態(tài)：</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)參考資料</b></p><p>　　[1]趙影．電機(jī)與電力拖動(dòng)[M] ．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011．</p><p>　　[2]何立

18、民．單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用[J]． 基于HCS12的小車(chē)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)．2007，(3) ：51-53,57．</p><p>　　[3]方建軍．何廣平．智能機(jī)器人[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2004 :5-9．</p><p>　　[4]張立．電子世界[J]．電動(dòng)小車(chē)的循跡． 2004,(6)：45． </p><p>　　[5] http://club.ch

19、ina.alibaba.com/forum/thread/view/99_22334448_1.html．</p><p>　　[6]滕志軍．今日電子[J]．基于超聲波檢測(cè)的倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)．2006,(9):15-17．</p><p>　　[7]徐科軍．傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007：110-113,160-161．</p><p>　　[8

20、]潘新民．王燕芳．微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)用教程[M]．北京：電子工業(yè)出版社,2007：75-76,118-119．</p><p><b>　　附錄一</b></p><p><b>　　//PWM控制程序</b></p><p>　　//===========================================

21、=====</p><p>　　//使用T2作為PWM的定時(shí)器</p><p>　　//+-----+-----+------+|</p><p>　　//| 電機(jī) ||</p><p>　　//+-----+-----+------+|</p><p>　　//|ML_D1|ML_D2| 控制||&

22、lt;/p><p>　　//+-----+-----+------+|</p><p>　　//| 0 | 0 | 停止||</p><p>　　//| 0 | 1 | 正 ||</p><p>　　//| 1 | 0 | 反 ||</p><p>　　//| 1 | 1 | 禁用||&

23、lt;/p><p>　　//+-----+-----+------+|</p><p>　　//================================================</p><p>　　#include <REG52.H></p><p>　　#include "PubDefine.h"

24、</p><p>　　#include "MotorCtrl.h"</p><p>　　//================================================</p><p>　　sbit P17=P3^7;</p><p>　　//==============================

25、==================</p><p>　　codeintKP=Kp; //比例常數(shù)</p><p>　　codeintKD=Kd; //微分常數(shù)</p><p>　　code intKI=Ki; //積分常數(shù)</p><p>　　//================================

26、================</p><p>　　//======== 初始化CPU===============================</p><p>　　void Ini_T0(void)//T0：位計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD &= 0xF0

27、;</p><p>　　TMOD |= 0x05;//計(jì)數(shù)方式</p><p><b>　　TL0 = 0;</b></p><p><b>　　TH0 = 0;</b></p><p>　　PT0=0;//低優(yōu)先級(jí)</p><p>　　ET0=0;

28、//T0中斷禁止</p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　T0=1;//P3^4=1</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//===================================================

29、</p><p>　　void Ini_T1(void)//T1：位計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD &= 0x0F;</p><p>　　TMOD |= 0x50;//計(jì)數(shù)方式</p><p><b>　　TL1 = 0;<

30、;/b></p><p><b>　　TH1 = 0;</b></p><p>　　PT1=0;//低優(yōu)先級(jí)</p><p>　　ET1=0;//T0中斷禁止</p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p>　　T1=1;

31、//P3^5=1</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//=======================================</p><p>　　void Ini_T2(void)//T2：定時(shí)器16重裝時(shí)間初值方式</p><p><b>　　{</b>

32、</p><p>　　RCLK=0;//接收時(shí)鐘禁止</p><p>　　TCLK=0;//發(fā)送時(shí)鐘禁止</p><p>　　EXEN2=0;//T2EN端外部信號(hào)無(wú)效</p><p>　　C_T2=0;//定時(shí)器</p><p>　　CP_RL2=0;//重裝時(shí)

33、間初值</p><p>　　RCAP2H=c16TimeH;</p><p>　　RCAP2L=c16TimeL;</p><p><b>　　PT2=1;</b></p><p>　　ET2=1;//T2中斷開(kāi)</p><p><b>　　TR2=1;</b>&

34、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　//=======================================</p><p>　　void Ini_ExInt(void)//INT0,INT1 下降沿觸發(fā)</p><p><b>　　{</b></p>

35、<p>　　IT0=1;//下降沿觸發(fā)</p><p>　　EX0=1;//外中斷開(kāi)啟</p><p>　　PX0=0;//低優(yōu)先級(jí)</p><p>　　IT1=1;//下降沿觸發(fā)</p><p>　　EX1=1;//外中斷開(kāi)啟</p><p>

36、　　PX1=0; //低優(yōu)先級(jí)</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//================================================</p><p><b>　　//用于L電機(jī)測(cè)速</b></p><p>　　void ExIn

37、t0 (void) interrupt 0 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　sLrpm=sLrpm+20;</p><p>　　if (sLrpm>MaxRPM)</p><p>　　{sLrpm=MinRPM;}</p><p><b>　　}&l

38、t;/b></p><p>　　//================================================</p><p>　　void timer2 (void) interrupt 5 using 3</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR2

39、=0;</b></p><p>　　if ((PwmCyc++)==cPwmCyc)</p><p>　　{PwmCyc=0;}</p><p>　　PWML=!(PwmCyc>=PwmValL);</p><p>　　PWMR=!(PwmCyc>=PwmValR);</p><p>　　E

40、xTimer++;</p><p>　　if (ExTimer>=c250ms)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　GetCountVal(cLMotor,Lrpm);</p><p>　　mLrpm=filter(Lrpm);</p><p>　　ExTimer

41、=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　ExSec++;</b></p><p>　　if(ExSec>=c250ms)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P17=!

42、P17;</b></p><p><b>　　ExSec=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　TR2=1;</b></p><p><b>　　TF2=0;</b></p><p

43、><b>　　}</b></p><p><b>　　附錄2</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if (PwmValL==0) </p><

44、;p><b>　　{</b></p><p>　　DispDigit(PwmValL,0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　{DispDigit(PwmValL+10,0);}</p>

45、<p><b>　　stop=1;</b></p><p>　　fanxiang=1;</p><p>　　acc=1 ; </p><p><b>　　subb=1 ; </b></p>&

46、lt;p>　　if (stop==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (stop==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((PwmValL<1)

47、&&(PwmValL>-1))</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ML_D1=1;</b></p><p><b>　　ML_D2=0;</b></p><p>　　PwmValL=30;</p><p

48、>　　DispDigit(PwmValL+10,0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　PwmValL=0;</p><p>　　D

49、ispDigit(PwmValL+10,0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (fanxiang==0)</p><p><b&g

50、t;　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (fanxiang==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ML_D1=!ML_D1;</p><p>　　ML_D2=!ML_D2;</p>&l

51、t;p>　　DispDigit(PwmValL+10,0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if ( acc==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>

52、　　delay_1ms(10);</p><p>　　if ( acc==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PwmValL=PwmValL+5;</p><p>　　DispDigit(PwmValL+10,0);</p><p><b>　　}<

53、;/b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (subb==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (subb==0)</p><

54、p><b>　　{</b></p><p>　　PwmValL=PwmValL-5; </p><p>　　DispDigit(PwmValL+10,0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p

55、><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　主程序（main.c）</p><p>　　void main (void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Ini_ExInt

56、();</p><p><b>　　Ini_T0();</b></p><p><b>　　Ini_T1();</b></p><p><b>　　Ini_T2();</b></p><p>　　delay_1ms(10); //延時(shí)100ms</p><

57、p>　　EA=1; //全局中斷開(kāi)</p><p>　　PwmCyc=cPwmCyc;</p><p>　　PwmValL=0;</p><p>　　PwmValR=0;</p><p><b>　　P2=0xFF;</b></p><p><b>　　P2&

58、amp;=0xFE;</b></p><p><b>　　RXD=0;</b></p><p><b>　　TXD=1;</b></p><p>　　Lrpm[0]=1;</p><p>　　Rrpm[0]=1;</p><p><b>　　P2=0

59、xFF;</b></p><p><b>　　P2&=0xFE;</b></p><p><b>　　RXD=0;</b></p><p>　　TXD=1; </p><p><b>　　sLrpm=0;</b></p>

60、<p><b>　　sRrpm=0;</b></p><p><b>　　ExSec=0;</b></p><p>　　ExTimer=0;</p><p>　　//===================================================</p><p>&

61、lt;b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((ML_D1==0)&&(ML_D2==1))</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (PwmValL==0) </p>

62、;<p><b>　　{</b></p><p>　　DispDigit(16,PwmValL);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　{DispDigit(16,PwmValL+10);}&l

63、t;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (PwmValL==0) </p><p><b>　　{</b></p&g

64、t;<p>　　DispDigit(0,PwmValL);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　{DispDigit(0,PwmValL+10);}</p><p><b>　　}</b><

65、;/p><p><b>　　stop=1;</b></p><p>　　fanxiang=1;</p><p>　　acc=1 ; </p><p><b>　　subb=1 ; </b></p

66、><p>　　if (stop==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (stop==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((PwmVal

67、L<1)&&(PwmValL>-1))</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ML_D1=1;</b></p><p><b>　　ML_D2=0;</b></p><p>　　PwmValL=30;</p>

68、<p>　　DispDigit(0,PwmValL+10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　PwmValL=0;</p><p

69、>　　DispDigit(0,PwmValL+10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (fanxiang==0)</p><p>

70、<b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (fanxiang==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ML_D1=!ML_D1;</p><p>　　ML_D2=!ML_D2;</p&

71、gt;<p>　　if((ML_D1==0)&&(ML_D2==1))</p><p>　　DispDigit(0,PwmValL+10);</p><p><b>　　else</b></p><p>　　DispDigit(16,PwmValL+10);</p><p><b>

72、;　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if ( acc==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if ( acc==0)</p>

73、<p><b>　　{</b></p><p>　　PwmValL=PwmValL+1;</p><p>　　DispDigit(0,PwmValL+10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

74、<p>　　if (subb==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay_1ms(10);</p><p>　　if (subb==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PwmValL=PwmV

75、alL-1; </p><p>　　DispDigit(0,PwmValL+10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}