直流电机控制器设计说明书

1 直流电机控制器设计说明书 计思想 直流电机 制系统主要功能包括：直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便读出电机转速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制。其间，还包括直流电机的直接清零、启动、暂停、连续功能。该直流电机系统由以下电路模块组成：振荡器和时钟电路：这部分电路主要由 89片机和一些电容、晶振组成。设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。设计控制部分：主要由 89片机的外部中断扩展电路组成。设计显示部分：包括液晶显 示部分和 码显示部分。 码显示部分由七段数码显示管组成。直流电机 制实现部分：主要由一些二极管、电机和 流电机驱动模块组成。 统总体设计框图 直流电机 速系统以 片机为核心，由命令输入模块、 示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给直流电机驱动芯片发送 形， H 型驱动电路完成电机正，反转控制；同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到 示模块去显示，进而读取其速度。 序设计流程图 图 1统总体设计框图 单 片 机 电机驱动 直流电机 正反转控制 加减速控制 2 图 1断服务流程图 2 总体硬件电路设计 片介绍 9片机 结构特点： 8 位 片内振荡器和时钟电路； 32 根 I/O 线； 外部存贮器寻址范围 2 个 16 位的定时器 /计数器； 5 个中断源，两个中断优先级； 全双工串行口； 外部中断 0 记录脉冲数 定时器 1 重装初值 计时一秒计算转速 算出数码管显示 图 定时中断服务流程图 3 布尔处理器。 X T A L 218X T A L 119A L E 9P 0 A D 039P 0 A D 138P 0 A D 237P 0 A D 336P 0 A D 435P 0 A D 534P 0 A D 633P 0 A D 732P 1 R X T X I 12P 3 I 13P 3 T 014P 3 R W T 115P 2 A 1 528P 2 A 821P 2 A 922P 2 A 1 023P 2 A 1 124P 2 A 1 225P 2 A 1 326P 2 A 1 427 8 9 图 29片机引脚分布图 阻 带公共端的 8 电阻排，它一般是接在 51 单片机的 ，因为 能输出高电平，所以要接上拉电阻。 23456789 1R P 1 P A C K 脚分布图 动器 双电源大电流功率集成电路，直接采用 辑电平控制，可用来驱动继 4 电器，线圈，直流电动机，步进电动机等电感性负载。其驱动电压可达 46V，直流电流总和可达 4A，其内部具有两个完全相同的功率放大回来。 T 12O 3E N T 313O 14 N S N S 3L 2 9 8图 2298 引脚分布图 示模块 数码管每字由 7 节组成，其工作电流为每节 5字 35本实验采用单片机的 控制数码管的段选，用 控制数码管的位选。实验采用的数码管段选采用共阴极连接，位选采用的共阳极。电路图如下： 图 2码管连接图 5 电路设计 主体电路：即直流电机 制模块。这部分电路主要由 89片机的 I/O 端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小和了解电机的转向，能够很方便的实现电机的智能控制。其间，还包括直流电机的直接清零、启 动（置数）、暂停、连续功能。其间是通过 89片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到 动芯片来控制直流电机工作的。该直流电机 制系统由以下电路模块组成：设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。设计控制部分：主要由 89计显示部分：包括液晶显示部分和 码显示部分。 数码 显示部分 码管显示 。直流电机 制实现部分：主要由一些二极管、电机和 流电机驱动模块组成。 图 2统主电路图 制电路设计 基本原理 冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端 6 的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。 以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。 在 动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内 “接通 ”和 “断开 ”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的 “占空比 ”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此， 开关驱动装置 ”。如图 2示： 图 2波 设电机始终接通电源时，电机转速最大为 占空比为 D= T，则电机的平均速度为 D，其中 的是电机的平均速度； 指电机在全通电时的最大速度； D = T 是指占空比。 由上面的公式可见，当我们改变占空比 D = T 时，就可以得到不同的电机平均速度 而达到调速的目的。严格来说，平均速度 占空比 D 并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。 制电路设计 7 T 12O 3E N T 313O 14 N S N S 9 8 1 2 8 8 制电路图 流电机单元电路设计 流电机驱动模块 主要由一些二极管、电机和 流电机驱动模块（内含 、三太门等）组成。现在介绍下直流电机的运行原理 直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。下面以直流电动机作为研究对象。 直流电机由定子和转子两 部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出 ,直流电机结构如图 2示。 8 图 2流电动机结构 图 2流电机的基本工作原理图 对图 2示的直流电机，如果去掉原动机，并给两个电刷加上直流电源，如上图2图（ a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈 电刷 B 流出，根据电 磁力定律，载流导体 到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图 2图（ b）所示的位置，电刷 A 和换向片 2 接触，电刷 B 和换向片 1 接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是 电刷 B 流出。 此时载流导体 到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩 的方向却是不变的。 实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。 直流电机的主要额定值有： 额定功率 额定电流和电压下，电机的负载能力。 额定电压 期运行的最高电压。 额定电流 期运行的最大电流。 额定转速 n：单位时间内的电机转动快慢。以 r/单位。 励磁电流 加到电极线圈上的电流。 9 流电机的中断键盘控制模块 (1)外部中断允许设置 中断控制寄存器 应 应 中断的总开关，若要开放外部中断，只要将 应的位和总开关 1 即可。 如：开放外部中断 0 的设置： 开放外部中断 0 和 1 的设置： (2)外部中断触发方式设置 单片机外部中断有两种触发方式，一种是电平触发方式，另一种是脉冲触发方式，单片机外部中断触发方式与 有关。 平触发设置方法： 低电平触发方式。 脉冲触发设置方法： 1，为脉冲下降沿触发方式。 在使用外部中断时，如果不进行设置，则为电平触发方式。 (3)外部优先级设置 外部中断 中断优先级的设置是通过设置 存器实现的， 应 1 为高级中断， 0 为低级中断。 图 2外部中断扩 展方法，分别代表正转信号，反转信号，加速信号，减速信号，停止信号。 10 图 2部中断扩展电路 3 直流电机 制系统的实现 电路图 图 3电路图 电路功能介绍 直流电机 制控制系统具有加速、减速、正转、反转、停止控制功能。操作开关通过中断控制直流电机的加速、减速、正转、反转、停止控制功能，并通过 荡、时钟电路和复位电路由 89片机内部给出。直流电机转动速度由 晶显示。操作开关状态由液晶显示器显示。 4 系统仿真 11 晶显示 电路的系统仿真与调试：在 行环境中首先检验 示电路，添加程序，运行 晶显示电路能，系统若运行成功将 得到如图 4 图 4码显示字符初步调试 调试用带中断的键盘来控制直流电机驱动模块的部分电路，若按要求调试成功，将得到图 4 12 图 4键盘来控制的电机 启动目标系统，按正转，然后接加速开关，我们观察到电机开始运转，每按一次加速，电机的速度都要增加，此时如果按减速，则电机的转速慢慢地减小。同样按反转转键也看到同样的结果，当按停止键时，电机慢慢停 下来，图 4在目的电路刚启动时未设置命令之前的状态，图 4在正转情况下的仿真结果，图 4在反转情况下的仿真结果。 图 4按键时的初始状态 13 图 4机正转时的状态 图 4机反转时的状态 14 5 结束语 通过这次课设， 第一次使用 件通过这一周的实习让我对软件仿真有了进一步的认识，从中也学到了许多知识，通过查阅一些资料，不仅增加了我的知识面，而且也让我在软件仿真方面积累了一些经验。并且这次我也做了实物，让我更深的体会到实物与仿真之间的差距，积累了自 己在这方面知识，是自己解决问题能力得到了进一步的提升。并且 我深刻认识到自己还有很多不足之处，也发现了自己知识的欠缺，知识面较窄，难以做到理论联系实际，认识到自己的实践经验相当缺乏，理论联系实际的能力急需提高。通过一周的学习，是我的知识更加牢固，更易于知识间的融会贯通，建立了自己的知识体系，更利于以后的工作学习。 有时候失败与成功仅是一点点的距离，贵在坚持，很多人都是被这一小小差距二淘汰，在生活学习中我们应当本着积极乐观的态度去看待我们身边的每一件事，理性的去思考问题，千万莫因为自己的消极态度而失去大好机会。 这次课设要感谢老师的指导和解惑，帮助我成功完成课设；同样同学们对我的帮助，帮我解决了不少问题。通过这次课设是我成长了不少，让我更加有动力去努力学习本专业知识，不断丰富自己。 15 参考文献 1陈锟 ,危立辉 J自然科学版 ) 2李维军 ,韩小刚 ,李 晋 速系统 J2007,9 3张友德等 M1992 4张毅刚 ,彭 喜源 ,谭晓钧 ,曲春波 51 单片机应用设计 M2001,1 5宋庆环 ,才卫国 ,高志 片机在直流电动机调速系统中的应用 M2008,4 6陈锟 ,危立辉 J自然科学版 ) 7曹巧媛 M电子工业出版社 8刘大茂 ,严飞 J自然科学福建农林大学硕士论文版 ) 9朱定华 ,戴汝平编著 M2003,8 10薛钧义 ,张彦斌编著 1/96 系列单片微型计算 M1997,8 11陈国呈编著 变技术及应用 M2007,7 16 附录 A 详细电路设计图 17 附录 B 直流电机控制程序 #=0 16; 15; 14; 10; 11; 12; 13; 17; ,di,t,a,b,c,m; z) x,y; x=z;x0;y=100;y0; 18 P0=a; 0); P0=b; 0); P0=c; 0); if(0) ); if(0) 0); if(0) ); if(0) 19 ;t=1; 0); if(0) ); if(0) ;t=0; 0); if(0) ); if(0) ; if(7) ; 0); if(0) ); if(0) if