51单片机控制直流电机设计.doc

单片机控制小功率直流电机一. 设计要求：用单片机控制直流电机加速、减速、正反转和停止。二. 设计方案分析1、方案设计：直流电机只要能提供一定的直流就可以转动，改变电压极性可以改变转动方向，可以通过给直流电机提供脉冲信号来驱动它，脉冲信号的占空比可以影响到直流电机的平均速度，因此可以通过调整占空比从而能实现调速的目的。直流电机的驱动电路要有过流保护作用，可用二极管来实现，另外电机的驱动电流是比较大的所以需要用三极管来放大电流。程序的关键就是如何实现占空比的调整，这个可以通过对51单片机定时器重装初值进行改变，从而改变时间。设计中用到的元件：STC89C52、晶振（12MHz）、小按键、三极管、二极管、电容、电阻等。2、背景知识介绍：直流电机调速原理本设计的主要思想为利用PWM控制占空比从而达到改变电机速度。下面为PWM控制原理；图1为PWM降压斩波器的原理电路及输出电压波形。在图1a中，假定晶体管V1先导通T1，秒(忽略V1的管压降，这期间电源电压Ud全部加到电枢上)，然后关断T2秒(这期间电枢端电压为零)。如此反复，则电枢端电压波形如图1b中所示。电动机电枢端电压Ua为其平均值。图1 PWM降压斩波器原理电路及输出电压波形a) 原理图 b)输出电压波形 (3)式(3)中 （4） 为一个周期T中，晶体管V1导通时间的比率，称为负载率或占空比。使用下面三种方法中的任何一种，都可以改变的值，从而达到调压的目的： (1)定宽调频法：T1保持一定，使T2在0范围内变化； (2)调宽调频法：T2保持一定，使T1在0范围内变化(3)定频调宽法：T1+T2=T保持一定，使T，在0T范围内变化。 不管哪种方法，的变化范围均为0l，因而电枢电压平均值Ua的调节范围为0Ud，均为正值，即电动机只能在某一方向调速，称为不可逆调速。当需要电动机在正、反向两个方向调速运转，即可逆调速时，就要使用图12a所示的桥式(或称H型)降压斩波电路。 在图2a中，晶体管V1、V4是同时导通同时关断的，V2、V3也是同时导通同时关断的，但V1与V2、V3与V4都不允许同时导通，否则电源Ud直通短路。设V1、V4先同时导通T1秒后同时关断，间隔一定时间(为避免电源直通短路。该间隔时间称为死区时问)之后，再使V2、V3同时导通T2秒后同时关断，如此反复，则电动机电枢端电压波形如图2b所示。图2 桥式PWM降压斩波器原理电路及输出电压波形a)原理图 b)输出电压波形电动机电枢端电压的平均值为 (4)由于01，Ua值的范围是 -Ud+Ud，因而电动机可以在正、反两个方向调速运转。 图3给出了两种PWM斩波电路的电枢电压平均值的特性曲线。图3两种斩波器的输出电压特性三、硬件设计：用单片机的p2.2、p2.3、p2.4、p2.5和四个按键相连，其功能分别为左转、右转、停止和加速。按下左转键则开始向左转动，按下右转键则向右转动，按下停止键则开始逐渐停止转动，按下调速键一次则会加速一档，按下调速键二次则会加速二档，按下调速键三次则会加速三档，按下调速键四次则会加速四档，按下调速键五次则会回到最初速度重新记档位。单片机的p2.0和p2.1分别和电机相连，控制单片机的两个输入。可用单片机选择p2.0或p2.1输出方波，使电机两端产生压差，从而是电机转动。通过改变输出方波的大小，可使电机实现加速减速功能。由于单片机产生的方波很小，不足以驱动电机，所以要加上三极管放大电路。连接时还要加上二极管来保护电路。再接上单片机的VCC、GND、晶振电路和复位电路。这里晶振用的是12MHZ的。四、软件设计：可使PW1=P20 ;PW2=P21，当PW1=0;PW2=1时，电机顺时针转动；当PW1=1;PW2=0时，逆向转动，当PW1=1;PW2=1，停转五、测试数据及设计结果：六、调试中出现的错误及解决方法附录：源程序（带注释），Proteus电路图。 #include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit PW1=P20 ;sbit PW2=P21; /控制电机的两个输入sbit accelerate=P22 ; /调速按键sbit stop=P23 ; /停止按键sbit left=P24 ; /左转按键sbit right=P25 ; /右转按键 #define right_turn PW1=0;PW2=1/顺时针转动#define left_turn PW1=1;PW2=0/逆向转动#define end_turn PW1=1;PW2=1/停转uint t0=25000,t1=25000; /初始时占空比为50%uint a=25000; / 设置定时器装载初值 25ms 设定频率为20Hzuchar flag=1; /此标志用于选择不同的装载初值uchar dflag; /左右转标志uchar count; /用来标志速度档位void keyscan(); /键盘扫描void delay(uchar z);void time_init(); /定时器的初始化void adjust_speed();/通过 调整占空比来调整速度void main() time_init(); /定时器的初始化while(1) keyscan();/不断扫描键盘程序，以便及时作出相应的响应void timer0() interrupt 1 using 0 if(flag) flag=0; end_turn; a=t0;/t0的大小决定着低电平延续时间 TH0=(65536-a)/256; TL0=(65536-a)%256;/重装载初值 else flag=1; /这个标志起到交替输出高低电平的作用if(dflag=0) right_turn; /右转 else left_turn; /左转a=t1; /t1的大小决定着高电平延续时间TH0=(65536-a)/256; TL0=(65536-a)%256;/重装载初值void time_init() TMOD=0x01; /工作方式寄存器 软件起动定时器 定时器功能 方式1 定时器0 TH0=(65536-a)/256; TL0=(65536-a)%256;/装载初值 ET0=1;/开启定时器中断使能 EA=1; / 开启总中断 TR0=0; void delay(uchar z)/在12M下延时z毫秒uint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void keyscan() if(stop=0) TR0=0; /关闭定时器0 即可停止转动 if(left=0) TR0=1; dflag=1;/转向标志置位则左转 if(right=0) TR0=1; dflag=0;/转向标志复位则右转 if(accelerate=0) delay(5) ;/延时消抖if(accelerate=0) while(accelerate=0); /等待松手 count+;if(count=1) t0=20000; t1=30000;/占空比为百分之60 i