基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)

【摘要】進(jìn)入二十一世紀(jì)后，各項(xiàng)技術(shù)都呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢，PWM控制技術(shù)也不例外。截止如今，我國已有多樣PWM控制技術(shù)。筆者在此次研究中將以AT89C51系列單片機(jī)采取PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法為研究對象。當(dāng)形狀不同、沖量一致的窄脈沖加在帶有慣性的環(huán)節(jié)上的時(shí)候，其效果差不多一致。PWM控制技術(shù)就是建立在此結(jié)論的基礎(chǔ)上，讓輸出端獲取到幅值一致但寬度不同的脈沖，以此來取代正弦波或者其他波形。然后結(jié)合規(guī)則認(rèn)真調(diào)制各個(gè)脈沖的寬度，如此即可促使逆變電路的輸出頻率與輸出電壓發(fā)生改變。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；直流電機(jī)；調(diào)速設(shè)計(jì)

憑借著在控制與響應(yīng)方面的優(yōu)勢，PWM控制技術(shù)得到了大范圍地推廣和運(yùn)用，同時(shí)也成為人類探索的一大焦點(diǎn)。在未來的發(fā)展過程中，該項(xiàng)技術(shù)將會到學(xué)科的界限，充分融合現(xiàn)代控制理念不斷向前發(fā)展，其發(fā)展前景廣闊。

1、基于單片機(jī)整體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的整體思路是：利用單片機(jī)及其必要的控制電路、芯片調(diào)節(jié)直流電機(jī)輸入電壓的大小，并控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等。并利用LED將其顯示單片機(jī)的轉(zhuǎn)速及其轉(zhuǎn)向。

此方案運(yùn)用閉環(huán)控制的方式形成并控制PWM信號，同時(shí)依靠調(diào)節(jié)占空比的方式對電機(jī)的輸入電壓實(shí)施管控。并由測速發(fā)電機(jī)采集速度信號，通過濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速大小的反饋。同時(shí)，緊扣AT89C51以排阻對單片機(jī)電頻的輸出進(jìn)行控制，同時(shí)借助電機(jī)驅(qū)動電路對直流電機(jī)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到直流電機(jī)的調(diào)向與調(diào)速的目的。并通過單片機(jī)直接采集信號，通過LED驅(qū)動芯片MAX7219來驅(qū)動LED的顯示。

2、單片機(jī)單元模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的主要構(gòu)成部分包括電機(jī)控制模塊、顯示驅(qū)動模塊、單片機(jī)模塊以及顯示模塊四種，單片機(jī)模塊居于核心地位，此次設(shè)計(jì)的對象是基于單片機(jī)AT89C51的直流電機(jī)調(diào)速。

2.1 單片機(jī)模塊

此設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89C51為核心通過程序進(jìn)行控制。AT89C51是由美國ATMEL 公司生產(chǎn)的功能強(qiáng)勁、性價(jià)比高、性能好、低電壓的可在各大控制領(lǐng)域靈活運(yùn)用的CMOS8位單片機(jī)。片中涵蓋了256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器以及8k bytes的支持反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器，內(nèi)部安置了Flash存儲單元與通用八位中央處理器。

2.2 電機(jī)控制模塊

本次設(shè)計(jì)是利用L298控制電機(jī)的，眾所周知，L298是由SGS公司研發(fā)生產(chǎn)的，它的內(nèi)部涵蓋了四通道邏輯驅(qū)動電路。其作用眾多，可驅(qū)動一個(gè)四相電機(jī)、兩個(gè)二相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)到50V，可直接通過單片機(jī)的IO口獲取到限號，也可借助電源的方式對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4.5～7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為+2.5～46 V。

3、軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)：

A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)一旦進(jìn)入到單片機(jī)中，那么單片機(jī)就能實(shí)施數(shù)據(jù)采集，然后把所得的數(shù)據(jù)存儲至內(nèi)部存儲器的存儲單元內(nèi)，把輸入的BCD碼轉(zhuǎn)成七段碼進(jìn)行顯示，然后調(diào)用查表子程序輸送至LED中展示。

3.2 單片機(jī)從A/D轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)據(jù)的程序設(shè)計(jì)

MC14433的EOC端與DU端連接好后，和單片機(jī)的INT1相連，選取連續(xù)準(zhǔn)還的手段向輸出寄存器中傳輸每一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。轉(zhuǎn)換完成后，EOC會發(fā)出相應(yīng)的信號，此時(shí)單片機(jī)即可借助終端的手段讀取數(shù)據(jù)。

初始化程序開放CPU中斷，允許外部1中斷，置外部中斷1位邊沿觸發(fā)方式。每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，都向CPU請求中斷，PU相應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。

3.3 碼的變換程序

單片機(jī)讀入數(shù)據(jù)之后，將數(shù)據(jù)保存在52H到55H的單元內(nèi)，由于讀入的數(shù)據(jù)也即是我們需要顯示的數(shù)據(jù)，因此我們將讀入的BCD碼轉(zhuǎn)變成七段顯示碼。

3.4 顯示程序

將從轉(zhuǎn)換后的十進(jìn)制數(shù)根據(jù)選通信號送入相應(yīng)的LED上顯示，置選通信號在P2.0～P2.3四個(gè)口上，當(dāng)P2.0置“1”時(shí)，就選通千位，讀取5FH單元的數(shù)據(jù)后將結(jié)果顯示出來，當(dāng)P2.1置“1”時(shí)，就選通百位，待5EH單元的數(shù)據(jù)被讀取完畢后才顯示結(jié)果；當(dāng)P2.2置“1”時(shí)，就選通十位，待5DH單元的數(shù)據(jù)被讀取完畢后才顯示結(jié)果，當(dāng)P2.3置“1”時(shí)，就選通個(gè)位，待5CH單元的數(shù)據(jù)被讀取出來后才顯示結(jié)果，這樣來實(shí)現(xiàn)LED的顯示。

4、系統(tǒng)調(diào)試

4.1 硬件部分的調(diào)試

當(dāng)電路板焊接好之后。我們對電路板開始進(jìn)行調(diào)試。首先我們接通電源，測試了關(guān)口等三個(gè)電壓，一切都正常。但是電源旁邊的指示等卻不亮。調(diào)試發(fā)現(xiàn)譯碼器芯片周圍電壓不正常，通過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)芯片插針接反，導(dǎo)致芯片接反，從而使整個(gè)電路的異常。通過修正后，指示燈恢復(fù)正常。

然后我們進(jìn)行單片機(jī)工作性能的調(diào)試，發(fā)現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位功能不能順利地進(jìn)行，通過查閱單片機(jī)復(fù)位功能的資料，發(fā)現(xiàn)我們沒有焊接復(fù)位電容。復(fù)位電容的作用主要體現(xiàn)在：單片機(jī)在復(fù)位過程中需一定時(shí)間，上電過程中，復(fù)位電容可以確保電容兩側(cè)的變化是一個(gè)緩慢的過程，以發(fā)揮出上電自動復(fù)位的作用。通過焊接復(fù)位電容后，單片機(jī)功能一切正常。

結(jié)論

這次設(shè)計(jì)的不足之處在于，由于種種限制原因，比如：經(jīng)費(fèi)的不足，時(shí)間的限制，能力的有限，沒有利用反饋電路的方式采集電機(jī)速度的相關(guān)數(shù)據(jù)，顯示的不精確，僅支持顯示電機(jī)的大致轉(zhuǎn)速。同時(shí)無法以鍵盤的形式控制電機(jī)的調(diào)速，只能通過按鈕對電機(jī)轉(zhuǎn)速的檔次進(jìn)行設(shè)置。通過這次設(shè)計(jì)結(jié)果的反饋，我們?nèi)绻捎脺y速電動機(jī)進(jìn)行反饋并采集速度信號，系統(tǒng)會更精確，更穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

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