基于P89V51RD2直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)

一、概述

眾所周知，在現(xiàn)代電子產(chǎn)品里，自動(dòng)控制系統(tǒng)，家用電器、電子儀器設(shè)備、電子玩具等等方面，直流電機(jī)都得到了廣泛的應(yīng)用。

直流電機(jī)大體分為四類。第一，是有幾相繞組的步進(jìn)電機(jī)。第二，永磁式換流器直流電機(jī)。第三，即伺服電機(jī)。一般在有控制信號(hào)時(shí)，伺服電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)速大小與控制電壓的大小成正比，在除去控制信號(hào)電壓后，伺服電機(jī)會(huì)立即停轉(zhuǎn)。最后一類，是兩相低電壓交流電機(jī)。

二、直流電機(jī)

直流電機(jī)是由直流電源（電池等）驅(qū)動(dòng)，具有很好的回轉(zhuǎn)特性和輸出效率。和相同大小的一般交流電機(jī)相比，具有更強(qiáng)的扭矩和過(guò)載能力。在大負(fù)荷的時(shí)候低速運(yùn)轉(zhuǎn)、也就是說(shuō)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速和負(fù)荷大小成反比，通過(guò)電壓進(jìn)行更好的控制。由于通過(guò)電刷來(lái)供給電流、使用壽命相對(duì)來(lái)說(shuō)不是很長(zhǎng)、必須通過(guò)維護(hù)保養(yǎng)來(lái)延長(zhǎng)壽命。電機(jī)，顧名思義是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。電機(jī)的種類繁多，按電源類型分，可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類。常見(jiàn)的直流電機(jī)包括有刷電機(jī)、無(wú)刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。

三、硬件設(shè)計(jì)

為減少成本，本系統(tǒng)采用P89V51RD2單片機(jī)。P89V51RD2是一款帶有64KB程序Flash和1024B數(shù)據(jù)RAM的80C51微控制器。在5V工作電壓情況下，操作頻率為0～40MHZ。P89V51RD2的關(guān)鍵的特性就是其具有X2模式。在實(shí)際操作中，設(shè)計(jì)人員可讓芯片工作于傳統(tǒng)80C51的12時(shí)鐘模式（12個(gè)時(shí)鐘周期合1個(gè)機(jī)器周期），也可選擇X2模式（6個(gè)時(shí)鐘周期合1個(gè)機(jī)器周期），即可在相同時(shí)鐘頻率下獲得雙倍的吞吐量。另外從這種特性獲益的方法為降低一半的時(shí)鐘頻率仍然可以保持相同的性能，對(duì)顯著地降低EMI（電磁干擾）十分有效。這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本。P89V51RD2還集成了SPI（串行外圍接口），增強(qiáng)型UART，PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），具有PWM和捕獲/比較功能，尤其是P89V51RD2支持在系統(tǒng)軟件調(diào)試和在系統(tǒng)編程的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本，進(jìn)而大大減少了開(kāi)發(fā)的時(shí)間。

本設(shè)計(jì)采用了PHILIPS公司的P89V51RD2單片機(jī)作為其微控制器，單片機(jī)可以選擇外部晶振、外部時(shí)5輸入、內(nèi)部RC振蕩和內(nèi)部WDT四種信號(hào)源。

本設(shè)計(jì)用單片機(jī)的I/O口作為單片機(jī)與直流電機(jī)的接口。由于I/O口驅(qū)動(dòng)能力有限，而被控制的直流電機(jī)要求高電壓和大電流，與單片機(jī)的電流和電壓完全不一樣，所以在I/O口之后必須加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路。直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示。

四、軟件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中單片機(jī)發(fā)出信號(hào)來(lái)控制直流電機(jī)，發(fā)出信號(hào)由鍵盤來(lái)輸入然后數(shù)碼管顯示。所以，軟件部分由幾個(gè)模塊組成：系統(tǒng)監(jiān)控、鍵盤掃描及處理顯示程序、控制信號(hào)發(fā)生程序。

在次模塊中啟動(dòng)系統(tǒng)，然后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，得到一些數(shù)值，進(jìn)而對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行初步的設(shè)置。完成后對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，并按要求工作。流程圖如圖2所示。

本系統(tǒng)采用P89V51RD2單片機(jī)控制的直流電機(jī)系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向，可以通過(guò)鍵盤輸入，使用程序?qū)χ绷麟姍C(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，直流電機(jī)由單片機(jī)控制精確度很高，因?yàn)閱纹瑱C(jī)發(fā)出的控制信號(hào)靈活性高，次系統(tǒng)具有中斷方式有效的把直流電機(jī)的運(yùn)行方式進(jìn)行相對(duì)的改變。而且系統(tǒng)有兼容通用性。