凌阳单片机控制直流电机转速毕设报告ppt课件.pptVIP

基于凌阳单片机直流电机转速系统 由NordriDesign提供 毕业设计报告 指导老师 吕淑平教授姓名 陶玉龙学号 专业 测控技术与仪器 报告内容概要 设计内容与方案硬件框图驱动方案与驱动芯片PWM波形信号产生方式转速测量与数码管显示电路软件构架与相关程序流程图连接于操作说明后续改进 设计内容 利用SPCE061A单片机 LED显示模块 按键模块以及电机控制模块实现直流电机速度测量和调节 要求实现以下功能 1 可通过SPCE061A板上的三个按键设定电机的转动方向 转速2 可实时测量电机的实际转速 并在LED数码管上显示出来3 可对电机进行PID转速调节 使其转速趋近于设定值 设计方案 以SPCE061A单片机为控制核心 实现对普通直流电机的转速测量 利用PID算法实现PWM调速 并且通过LED及红外装置显示速度具体数值 其中SPCE061A单片机作为主控芯片 通过I O端口来控制SPGT62C19B电机驱动芯片 从而实现对直流电机的控制 本设计采用型号为310TA的直流电机 设计方案 电机模组上的光栅转盘和红外对管将直流电机的转动信息反馈给单片机 单片机针对测得的实际转速来调节SPGT62C19B的控制状态 从而使转速趋近预设值 同时 电机转速可由4位数码管显示出来 61板的三个按键用来对直流电机的转动方向和转速等进行设定 硬件框图 系统由61板与电机模组构成 SPCE061A为核心 包括电机驱动 按键 LED数码管 转速测量等模块 如下图1所示 图1直流电机控制系统参考框图 驱动方案选择 现代直流电机的驱动放大都是采用晶体管功率放大器来实现的 晶体管放大系统一般可以分为两类 线性放大器和开关型放大器 目前线性放大器一般仅在小功率的场合有所应用 而大量采用的是开关型放大器 改变开关接通时间和开关周期的比例亦即改变脉冲的占空比 电动机两端的电压平均值也随之改变 因而电动机转速得到了控制 驱动方案选择 开关型放大器通常可分为 脉宽调制 PWM 开关周期恒定 通过改变导通脉冲宽度来改变占空比 脉冲频率调制 PFM 导通脉冲宽度恒定 通过改变开关频率来改变占空比 驱动方案选择 由于PFM控制是依靠脉冲频率来改变占空比的 当遇到某个特殊的频率下的机械谐振时 常导致系统震动和出现啸叫声 这一严重的缺点导致PFM控制在伺服系统中不适用 又由于使用PWM控制的电路中调速范围宽 功率元件工作在开关状态 效率高 所以目前在直流电动机的控制中 以PWM控制方式为主 本设计采用PWM控制 驱动芯片SPGT62C19B功能分析 SPGT62C19B是低电压单片式电机驱动器集成电路芯片 可驱动两台直流电机或一台步进电机 它带有双路H桥 可分别驱动两个独立的PNP功率管 每一个H桥都有各自独立的使能引脚 因此非常适合于需要独立控制的直流电机驱动系统 驱动芯片SPGT62C19B功能分析SPGT62C19B的控制脚有6个 各引脚功能如表1所示 表1SPGT62C19B的控制引脚 PWM波形信号产生方式 以通道1为例 而电机调速可以通过不断改变I01和I11的高低电平状态 使输出通道产生PWM波形信号 PHASE1的逻辑电平值决定了该通道的电流输出方向 即可实现电机的正反转控制 如下图2所示 PWM波形信号产生方式 图2输出PWM控制直流电机 转速测量方案选择 一般对直流电机的要求是 电机的转速应当正比于所施加的电压 使得直流电机的速度可以按照人的期望值来调节 可以使用一个直流测速仪对电机旋转的速度进行测定 给控制系统提供速度反馈信号 但上述方法需要的硬件较为复杂 而且测得的电压还要经过D A转换才可以传给单片机处理 不够方便 转速测量方案选择 较为常用的是采用红外对管计数的方法 当发射管与接收管之间没有障碍物时 红外接收管由于接收到红外辐射而导通 输出低电平 当二者之间有障碍物时 红外接收管截止 输出高电平 因而 利用其输出电平的高低很容易判断红外对管之间有无障碍物 光栅转盘的圆面上开了4个通光槽 电机每转动一周 红外接收管将接收到4次红外光 从而可以实现电机测速功能 转速测量方案选择 图3直流电机的光栅转盘 数码管显示电路 本设计采用的是4位共阴极LED数码管 把所有数码管的8个段同名端连在一起 而每个位的位选择独立的受控制 数码管采用ULN2003A为其提供驱动电流 ULN2003A是7路达林顿三极管阵列 这里用到了其中的4路 分别连接到数码管的4个位选脚G1 G4 如下图4所示 图4数码管显示电路 软件构架 本方案的软件系统包含按键扫描模块 数码管显示模块 直流电机控制模块以及主控程序 各模块之间的调用关系如下图所示 图5各模块间的调用关系 主程序流程 图6主程序流程图 按键扫描模块 图7按键扫描程序流程图 LED数码管显示流程 图8LED数码管显示流程图 电机测速程序流程 图9利用4KHz时基实现电机测速 连接与操作说明 61板与电机控制模组的硬件连接如下图4所示 61板的IOB低8位 J6 连接电机模组的 J3 电机控制接口 IOA高8位 61板的J9 连接模组的 J2 数码管位控制接口 IOB高8位 61板的J7 连接模组的 J1 数码管的段控制接口 连接与操作说明 图1061板与电机模组连接图 连接于操作说明 表1功能与操作方法 整体调试 在系统调试的过程中 会出现一些问题 比如设计中器件之间的匹配 直流电机控制系统硬件方面初始有点问题 在光栅转盘测量转速时并不能将测得数据反馈给单片机 使得数码管不能实时显示 经过对硬件的排查以及查询资料改良设计电路图最终解决了这一问题 整体调试 初始设定阶段可以设定直流电机转速以及转动方向 按复位键数码管显示系统原设定转速40转 秒 直流电机控制系统设定最高转速为60转 秒 最低转速为30转 秒 当有加速控制指令时 直流电机的转速将在原有转速的基础上增加2转 秒 同时在数码管上显示 当有减速控制指令时 直流电机的转速将在原有转速的基础上减少2转 秒 初始直流电机转动方向正转或反转则是以光标顺势或逆势移动判定 整体连接电路 图11直流电机控制系统整体连接图 后续改进