可逆PWM调速驱动控制电路设计报告

1、目录1. 题目 22. 题目分析及设计思路介绍 2（ 1）分析 2（ 2）可取的方案 33. 方案设计说明 44. 单元电路设计说明 5（ 1）、单片机最小系统 5（ 2）、输入输出设备 6（ 3）、H 桥驱动 7（ 4）、片上 PWM 75. 完整电路原理分析 8附录 1. 单片机程序流程图 10附录 2. 单片机程序流程图 111. 题目设直流电机的额定工作电压为 6V,功率为3W试设计一个可逆 PWM调速驱动控制电路，能在 0V、5V的方向控制电压和0 5V 的转速控制电压的作用下，使电机正转、反转、加速、减速。电路形 式不限，作业具体要求如下：1. 画出电路的系统框图，说明电路方案设计

2、的思路、理由或依 据；2. 分单元画出各单元具体的电路图，阐述电路的工作原理，介 绍电路中主要元器件的作用及其参数的确定原则或依据；3. 画出完整的电气原理图，介绍整体电路的工作原理；4. 如果采用了单片机，给出单片机程序的流程图和清单，说明 程序的工作原理。注：本题难度系数为 1.52. 题目分析及设计思路介绍（1）分析电动机实现正反转， 可以调换电源正负极和励磁电源正负极， 对 于永磁直流电动机， 只能调换电源正负极， 常见的玩具赛车中的就是 这种。单片机能给某个 IO 高电平或低电平，但驱动电机，没有足够 的驱动能力（驱动电流小，带负载能力弱） ，利用三极管组成 H 桥式电路可以解决驱动

3、及换向的问题直流电机调速一般采用调电压的方式，常用的方法是PWM调速， PWM名为秒冲宽度调制，可想而知就是调节占空比， STC12C5A60S2 片上集成了两个PWM模块，可以实现PWM，另外，用NE555也可 以实现PWM。（2）可取的方案H桥式电路方案有集成的和元器件组装的。常用的 H桥IC有：L298 （双 H 桥）、L9110H （单 H 桥）。PWM的方案有：STC12C5A60S2片上集成了 PWM模块和NE555 占空比可调电路。R2U1RDCCVNE555QTRTHco652C21kTSz D5H 1N4148gRV110kWOn <TEXT>1IM414B &l

4、t;TEXT>R11k <TEXT>NE555 占空比可调电路3. 方案设计说明方案选择：H 桥电路选择：采用集成的 H 桥式芯片，相比于元器件组装的 H 桥式电路，性能跟高，功耗更低，占用面积小，因此选用 IC 。常用 的直流电机只需要单 H 桥就能完成转向问题， L298N 的驱动电流可 以达到4A，工作电压可达36V，但芯片价格相对较贵，对于一般小 电机而言有点大材小用了，用 L9110H 同样可以实现，而且工作电压 为2.5V-12V，峰值电流高达1.5A，持续电流高达0.8A，足以驱动6V 3W 的直流电机，且芯片相对便宜，所以采用 L9110H 驱动电机。PWM电

5、路选择：NE555能产生占空比可调的方波，实现简单， 但方波频率一般不可调（可调需添加滑动变阻器，频率调节范围也 小），分立元件也多，而采用STC12C5A60S2片上集成了 PWM模块， 可以实现频率可调，调频范围宽，占空比可调，分辨率高，为 1/256， 性能可靠，实现简单，所以采用STC12C5A60S2片上集成了 PWM模 块。最终采用STC12C5A60S2片上集成了 PWM模块+L9110H驱动模块的方案4. 单元电路设计说明(1)、单片机最小系统STC12C5A60S2有61K ROM ,不需要外接 ROM (没有EA),单片机P0 口不用接上拉电阻，与传统 51单片机不同，ST

6、C12C5A60S2通过设置相应寄存器，可以使 P0 口有一定驱动能力VCC30FFlULfuh'RST;X11.0392MHzGNDU123456飞1Uli12B14151(5171920P1.0/ADCOVCCP1.1/ADC1PO.CMADOP1 恥 DC2円1 i/AHIP1.3/ADC3rO.2/AD2P1.4/ADC4PU.3fAD3Pl卩n血AfMP1.6/ADCdP0.5/AD5P1.7/ADCTP0.6/AD6RSTP0.7VAD7FS.OiyRiDEX LVDPS.iri'xUALENAP2.7/A15P3.4TTUP2.6/A14P3.5mP2.5/A13

7、P3.6/WRP2.4/A12F35/RDP2.3/A11XTAL2P3.3/A10XTAL1F2.1/A?GNDP2.0/ASSTC12C5A60S2232221vcc+ C4IOOuFO.luF或3029 更27262524STC12C5A60S2单片机最小系统(2)、输入输出设备IJIHo QRSTFL.CD：D FLWDC1 汀加D% FL轴D阳 FEME FL 珈 IWR rL.AL-jfi .Ft.MfcDCT RST k.&jFji- F3.W曲 Filrfu 茂询TT r3 4fT0 F3.vn_ FJ.ljiWK 私涎 XT/iO MTTJJ.1VCC FQ UlAE

8、 PlliW ro xg PQ 3fAC3 PO MX 斗 PQ 5,'kC5 KrifkDS KW? EX.LVDALE- KA P2J（A15P2rifA13 性:旳d） psirMiP2 2（AIOPl 1jKU-n I- 1 - o Q ：0 -hJ- -J 1- - - - : - - - - - - : 4D输入输出设备该设计有两种输入输出设备：按键和 LED，按键可采用一般的 扫描方式，也可以用中断方式，为了快速相应用户指令，选择用中断 方式。然而外部中断只有两个，这里用定时器 TO、T1扩展了两个下 降沿外部中断，正好实现启停、正反、增速、减速的指令输入。为了更人性化，

9、有相应的Led做出指令提示(D1为电源指示灯,D2为启动指示灯，D3为正向运行指示灯，D4为反向运行指示灯，D5为加速指示灯，D6为减速指示灯)。电源接通，D1亮。当按启动按钮时，D2亮，D3亮，再按一次，D2灭，D3灭，只有电机处于启动状态时，正反、增速、减速的指令 输入才有效，相应LED灯才会亮；当处于启动状态，按正反转按钮， 电机反转，D3灭，D4亮，再按一次D3亮，D4灭；当按增速按钮时,D5闪烁一下，表示按钮指令有效，当达到最大占空比时，再按增速 按钮，D5将不会闪烁，表示已达最大占空比；同样的，减速功能类似增速功能(3 )、H桥驱动基于L9110H的H桥驱动电路IAIBOAOBHL

10、HLLHLHHHLLLLLL真值表当IA为高电平，IB为低电平，电机正转;当IA为低电平，IB为高电平，电机反转。(4 )、片上 PWM对于L298N有三个控制端，第三个就是使能端，只要 PWM波 形控制使能端，就可以控制转速，但L9110H只有两个控制端。因此, 将方向控制，同速度控制相结合，即两个控制端既控制方向，又控制转速实现方法：在控制方向的基础上，将高电平输入端，改为 PWM 波形输入，就可以控制转速；当换方向时，将控制信号交换，就可以 了。与 L298N 的控制方法不同的是： L9110H 需要两路 PWM 控制信 号，编程相对复杂些，但控制信号线只要两个，占 IO 资源少。5.

11、完整电路原理电路分为 4部分：电源、单片机最小系统、输入输出设备、 H 桥 驱动模块，如下图所示。lOCuFFSTP：Dl*二匚Ir-AhlU 户泌I：GNDGWDGFDU1r3CPFRT9Tor亘u77laPl O/ADCO ri l/ADCl PI躺翊Pl 3TADC3 ri 4/ADC4PI 5/ADC5 Fl和£TX托 Fi恥旳H5T P3Qmjf?tF3.ifT 汇F3 20?rTJ?34rruP3.5TT1P77胚XTAL2XTAL1 ONDSTC-X5A0CNDLI 2VOJI§lOJtifn inFHDvcc pa.aDO 卩 ru*D： F0.JAD2 P

12、a.3fhD3 PO.kD.l pods FO.nlXEDf_T.VDALE厲力心 巴恥14 M5A13 "她口 P3.2/M1P12/A10 r2.i/AflP2.0/A?Ud7plaot?3?33 亘JuU2GNFOBAYCCB7CC5NEQAL5I10H323iIF2J23721ILR>-CZ2-R6 IKII：MoIot_ j_C7lOCuF0.11F为了检测电路的可行性，将现成的电路模块连在一起，搭建上面 的电路，加载程序（程序流程图及程序如附录所示），实现了上述功 能，证明了电路的可行性。附录1.单片机程序流程图设置开启标志、正转标志，点亮LED指示灯正转反转正转反

13、转LjJrPWMO占空比 增大PWM1占空比 增大PWMO占空比 减小PWM1占空比减小TT增速减速运行状态指示灯 / 正向运行指示灯 / 反向运行指示灯加速指示减速调试附录 2. 单片机程序流程图#include "STC12C5A.h" /STC12C5A60S2 头文件，STC官网有下载 #include "intrins.h" typedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;sbit run_led=P0A0;/sbit dir_for_led=P0A1； sbit dir_back_le

14、d=P0A2;sbit add_led=P0A3；/sbit sub_led=P0A4；/bit run_flag=0；/bit dir_flag=0；/运行状态： 0：停止 1 ：运行方向标识： 0：正转 1 ：反转void Delay20ms()unsigned char i, j, k；/11.0592MHz 精确延时 20ms_nop_()；_nop_()；i = 1；j = 216；k = 35；dodowhile (-k)； while (-j)； while (-i)；void Init_PWM()CCON = 0；CL = 0；CH = 0；CMOD = 0x02；/frq=1

15、1059200/12/256=3600hzP1.3:PWM0 P1.4:PWM1/初始化PCA控控制器 重置PCA时间/ PCA时钟频率 Fosc/12CCAP0H = CCAP0L = 0xff； /PWM0输出 0%占空比电压输出 0%占空比电压模块1 8位PWM工作方式计时开始void Init_Inter()IT0 = 1;/ INT0EX0 = 1;/ INT0IT1 = 1;/ INT0EX1 = 1;/ INT0void Init_Timer()/AUXR = 0xC0;/TMOD = 0x66;/TL0 = TH0 =0xff;/TL1 = TH1 =0xff;TR0 = 1;

16、/timer0TR1 = 1;/timer1ET0 = 1;/ T0ET1 = 1;/T1void main()Init_PWM();Init_Inter();/INT0/INT1Init_Timer();/T0/T1EA = 1;/while (1) CCAP1H = CCAP1L = 0xff; /PWM1CCAPM1 = 0x42; /PCACR = 1; /PCA下降沿中断使能 下降沿 中断使能定时器扩展为负跳变的外部中断定时器 timer0/timer1 1T 模式 定时器 timer0/timer1 8 位自动重装 扩展为外部中断的关键步骤开始开始 中断使能 中断使能/两路PWM初

17、始化初始化初始化开全局中断使能void exint0() interrupt 0 EA = 0; / run_led =run_flag; run_flag=run_flag; if(!run_flag)/外部中断 0 电机启停关总中断dir_flag = 0;/方向标志复位dir_for_led=1; / 正向运行指示灯复位 dir_back_led=1; / 反向运行指示灯复位CCAP0H = CCAP0L = 0xff;/ 占空比复位 0%CCAP1H = CCAP1L = 0xff;/ 占空比复位 0% elsedir_for_led=0; / 默认为正向启动 Delay20ms();

18、/ 消抖EA = 1;/ 开总中断void t0int() interrupt 1 /T0BYTE temp1,temp2;EA = 0;if(run_flag)dir_flag=dir_flag;dir_for_led =dir_for_led; dir_back_led =dir_back_led;中断/ 方向选择/ 指示灯指示电机方向转换temp1=CCAP0H; / 方向转换void exint1() interrupt 2 外部中断 1temp2=CCAP1H;/重新设置两路pwm启动CR = 0;CCON = 0;CL = 0;CH = 0;CMOD = 0x02;CCAp0H = CCAp0L = temp2;CCApM0 = 0x42;CCAp1H = CCAp1L = temp1;CCApM1 = 0x42;CR = 1;Delay20ms(); / 消抖EA = 1;/EA = 0;if(run_flag) /if(!dir_flag) /if(0x00!=CCAP0L)add_led = 0;CCAP0L -=5;CCAP0H =CCAP0L; elseif(0x00!=CCAP1L)add_led = 0;CCAP1L -=5;CCAP1H =CCAP1L;D