基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)

身份證號(hào)碼：440681198211195928

摘要：直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的功能主要有進(jìn)行直流電機(jī)的加減速及電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，同時(shí)還能夠?qū)﹄姍C(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，便于讀出電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，使電機(jī)的智能控制得到方便的實(shí)現(xiàn)。本文主要圍繞直流電機(jī)PWM調(diào)速器設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；PWM調(diào)速；正反轉(zhuǎn)控制；仿真。

前言

本設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作。并實(shí)現(xiàn)電路的仿真。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計(jì)中，采用了AT89C51單片機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測量；設(shè)計(jì)的整個(gè)控制系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了大量的集成電路模塊，大大簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提高。

1.總體設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)組成：直流電機(jī)PWM調(diào)速方案如圖1.1所示：

方案說明：直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以AT89C2051單片機(jī)為控制核心，由命令輸入模塊LCD顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，定時(shí)不斷給直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動(dòng)電路完成電機(jī)正，反轉(zhuǎn)控制；同時(shí)單片機(jī)不停的將從鍵盤讀取的數(shù)據(jù)送到LCD顯示模塊去顯示，從中不僅能讀取其速度，而且能知曉其轉(zhuǎn)向及一些溫馨提示。

圖 1：直流電機(jī)PWM調(diào)速方案

2.直流電機(jī)單元電路設(shè)計(jì)與分析

2.1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（內(nèi)含CMOSS管、三太門等）組成。

2.1.1 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)

直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。在定子上裝有磁極（電磁式直流電機(jī)磁極由繞在定子上的磁繞提供），其轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子外圓有槽，槽內(nèi)嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷引出，

2.1.2 直流電機(jī)工作原理

直流電機(jī)電路模型如圖2.2所示，磁極N、S間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈abcd。當(dāng)線圈中流過電流時(shí)，線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當(dāng)流過線圈中電流改變方向時(shí)，線圈的受方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向。

2.1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路設(shè)計(jì)

根據(jù)直流電機(jī)的工作原理，從PROTEUS選取元器件如下，放置元器件、放置電源和地]連線，我們參此設(shè)計(jì)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖2.5所示

2SK1058：CMOSS管

74L26：三太門

1N4006：二極管

VSCOURCE：電源

MOTOR-ENCODER：直流電機(jī)

RES：電阻

AT89C51：單片機(jī)（在此并未顯示）

2.2 直流電機(jī)的中斷鍵盤控制模塊

2.2.1 外部中斷設(shè)置

（1）外部中斷允許設(shè)置

中斷控制寄存器IE的EX0對(duì)應(yīng)INT0，EX1對(duì)應(yīng)INT1，EA為中斷的總開關(guān)，若要開放外部中斷，只要將IE對(duì)應(yīng)的位和總開關(guān)EA置1即可。

如：開放外部中斷0的設(shè)置：

SETB EX0

SETB EA

開放外部中斷0和1的設(shè)置：

SETB EX0

SETB EX1

SETB EA

（2）外部中斷觸發(fā)方式設(shè)置

單片機(jī)外部中斷有兩種觸發(fā)方式，一種是電平觸發(fā)方式，另一種是脈沖觸發(fā)方式，單片機(jī)外部中斷觸發(fā)方式與TCON的IT位有關(guān)。

TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

電平觸發(fā)設(shè)置方法：CLR ITX，為低電平觸發(fā)方式。

脈沖觸發(fā)設(shè)置方法：SETB ITX=1，為脈沖下降沿觸發(fā)方式。

在使用外部中斷時(shí)，如果不進(jìn)行設(shè)置，則為電平觸發(fā)方式。

（3）外部優(yōu)先級(jí)設(shè)置

外部中斷IN0、INT1的中斷優(yōu)先級(jí)的設(shè)置是通過設(shè)置IP寄存器實(shí)現(xiàn)的，IP的PX0對(duì)應(yīng)INT0，PX1對(duì)應(yīng)INT1。PX置1為高級(jí)中斷，PX為0為低級(jí)中斷。

×××PSPT1PX1PT0PX0

2.2.2 外部中斷擴(kuò)展方法

在圖2.8為外部中斷擴(kuò)展方法，設(shè)X1、X2、X3、X4、X5為外部警情信號(hào)，X1代表是加速信號(hào)，X1=0表示加速；X2代表減速信號(hào)，X2=0表示減速；X3代表正轉(zhuǎn)信號(hào)，X3=0表示正轉(zhuǎn)；X4代表反轉(zhuǎn)信號(hào)，X4=0表示反轉(zhuǎn)；X5代表停止信號(hào)，X5=0表示停止處理。

2.3 1602LCD液晶顯示模塊

圖2：1602液晶顯示模塊組成

3.直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

直流電機(jī)PWM調(diào)制控制系統(tǒng)具有加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能。操作開關(guān)通過中斷控制直流電機(jī)的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能，并通過LCD液晶顯示。振蕩、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路由80C51單片機(jī)內(nèi)部給出。直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度由LCD液晶顯示。操作開關(guān)狀態(tài)由液晶顯示器顯示。

4.系統(tǒng)仿真

LCD液晶顯示電路的系統(tǒng)仿真與調(diào)試：在PROTEUS運(yùn)行環(huán)境中首先檢驗(yàn)LCD顯示電路，添加程序，運(yùn)行LCD液晶顯示電路能，系統(tǒng)若運(yùn)行成功將 得到如圖4.1。此后在之前的電路基礎(chǔ)之上再拓展帶中斷的獨(dú)立式鍵盤。

5.總結(jié)語

經(jīng)試驗(yàn)測試本設(shè)計(jì)有效地實(shí)現(xiàn)了PWM調(diào)速器的正反轉(zhuǎn)與加減速、停止等操作，同是使電路的仿真進(jìn)到有效的實(shí)現(xiàn)。另外簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提高，表明以上設(shè)計(jì)切實(shí)可行。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐淑華，程退安，姚萬生.單片微型機(jī)原理及應(yīng)用.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2012.

[2]徐惠民，安德寧.單片微型計(jì)算機(jī)原理、接口及應(yīng)用.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2010.