电机测速与控速PWM

1、精选优质文档-倾情为你奉上设计要求1 要求有设计说明书，画出控制系统结构图 2 直流电机200W, 电压：24V, 调速范围-30% 3 闭环转速测控系统的具体设计，包括所选传感器、执行器和控制器的类型、原理、输入输出接口和工作电路等 4 系统流程图及控制算法 5 控制系统界面的软件设计，包括程序流程图和实现代码 6 控制算法的实现，包括程序流程图和实现代码或仿真代码设计内容1 以AT89C52单片机为核心，设计一个能够测量直流电机当前转速，通过数码管等显示出来。2 能够对电机的转速进行控制，0.7倍的额定转速到额定转速的调速范围。3 电机转速可以作成具有正反转速的控制。目录12第一章 前言随

2、着电子技术的发展和工程实际的需求，单片机在计算机工程应用中起着越来越重要的作用。从计算机的应用发展来看，通用计算机和嵌入式系统应用已成为两大热门发展技术。特别是在工业测控、智能家电和通讯终端等应用领域更是单片机的一统天下，单片机取代了过去复杂的电路设计，完善了系统的功能，大大提高了系统的可靠性，降低了成本，从而使得单片机系统的开发应用成为计算机工程应用的一个重要领域，而且打破了计算机专业人员垄断计算机工程应用的局面。计算机软硬件技术的发展使使工程技术人员掌握计算机应用系统设计、组装和调试等变得非常容易。单片机应用系统已成为电子工程师实现工程设计的常规首选方案。本课程设计采用AT89S52单片机

3、作为设计的核心部分，与51单片机相比，内核还是51内核，不过52的内部资源比51多，增加了一个16位的计数器T2，相应的特殊寄存器(SFR)也有了一点变化，另外52的内存也从51的128字节提高到了256字节，ROM也从2K提高到4K，可以装下更大的程序，运行速度并没有太大变化，和51运行速度相当。考虑到内存的增加对较复杂的程序带来的好处，52的总体性能是要比51好不少。如今，嵌入式系统已经应用非常广泛，技术已经很成熟。各种家用电器和工厂的大多数设备都有嵌入式系统。而这些嵌入式系统中所用的核心部分大多数是单片机。因此单片机在嵌入式系统内部的使用已经相当成熟。此系统用单片机作为核心，系统的稳定性

4、和调试都会很方便简单，通用性会大大提高。在当前科学技术日新月异的时代，各种新技术、新工艺、新材料、新设备的出现，已不再是单纯某一门学科的发展，而是各门相关学科，多种先进技术的互相渗透和相辅相成的结果。机电一体化技术就是一种这样的新技术，它是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的综合技术。其实质是从系统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机地组合，实现整体最佳化。机电一体化已经成为当今电机控制的大趋势。将小型系统和电机组成嵌入式系统，不需要外部再加其它控制设备，减去不少不必要的麻烦，方便对电机的控制。早先用的电机不具备嵌入式系统，存在很多问题。如用户需自行配置

5、控制系统，自配系统与电机配合不是很理想，需要很麻烦的调试。而嵌入式系统的出现解决了这个不必要的麻烦，生产厂家将控制系统与电机制成一个整体系统，这样用户就无需自配系统，同时不用调试，直接使用就可以，非常方便。第二章 总体设计方案 1、此系统是以单片机AT89S52为核心展开设计的，主要功能有两个：（1）测得电机当前工作时的转速，同时可以显示出来；（2）通过显示的转速是否符合使用者的需求，可以调整电机转速，范围是0.7倍额定转速到额定转速。但这样的要求不够灵活，负载更换时系统要重新设计。因此本系统设计时考虑让此控制系统的应用具有灵活性，因此采用调电压法，使电压从零到电机额定值，这样具有很宽的调速范

6、围，用户可以灵活使用，换负载时只需调电压。便可得到自己想要的转速。不必因调速范围的设置而使系统不能通用。2、系统测速使用的传感器是霍尔开关传感器，在电机转轴上安装一个圆盘，圆盘上放一个磁铁，当磁铁与霍尔传感器接近时，霍尔传感器便发出一个相应的负脉冲，经过电路的处理。就会有理想脉冲产生，将此脉冲输入到单片机，单片机用T1作定时器，定时时间为一秒，用T1作计数器，当T2定时结束时，计算T1所测得的脉冲个数。便可求出相应的转速。再用数码管动态扫描，显示相应的转速。3、系统采用控制电机电压的方式来控制直流电机的转速，使用者可以通过调节相应的按键来增加和减少电机的转速。电机的转速n=(U-Ra*Ia)/

7、Ce,其中除了U是变量，其它的都是定量。相应的解释在后面的具体硬件分析里详细介绍。4、用PWM方式调节电机的输入电压，脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。第三章 硬件电路设计方案根据设计任务和自身设计的结合，硬件电路共分六部分。1、单片机、上电指示灯、报警器和下载口等组成的电路。2、由一个四位一体数码管动态扫描显示转速电路。3、有六个按键组成的系统按键控制电路。4、以霍尔

8、传感器为核心的转速测量电路。5、驱动电机电路。6、整流电路（220V交流电到24V直流电）霍尔电路输出脉冲 按键电路输入控制数码管显示单片机处理 驱动电机PWM控制光电耦合电机AT89S52单片机3.1 AT89S52单片机电路单片机下载口蜂鸣器上电指示灯1、 AT89S52为此系统的核心，上图未单片机管脚图和外围基本的连接电路。2、 JTAG10为单片机下载口。3、 上电指示灯指示单片机是否通电。4、 蜂鸣器用于报警使用。3.2 LED显示和按键电路按键1按键2按键3按键4按键5按键61、 采用四位一体数码管，动态扫描显示数据。相应的标号与单片机相对应。2、 共有六个按键：按键1关闭电机；按

9、键2启动电机；按键3正转；按键4反转；按键5减速；按键6加速。3.3 霍尔电路测速1、 霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点。如图9所示，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。 2、 TL431是TL、ST公司研

10、制开发的并联型三端稳压基准。由于其封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、低温漂）、性价比高,近年来在国外已经得到了广泛应用。接法如以下两图。第一图输出：Vout=(R1+R2)*2.5/R2第二图直接输出2.5V电压它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。同时R3的数值应该满足1mA < (Vcc-Vout)/R3 < 500mA本电路采用的第二种接法，直接输出2.5V电压，用于比较器正端的参考电压。3、 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有 两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个

11、称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的

12、值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。如图所示，Vref为tl431产生的基准电压，Vin为霍尔元件产生的脉冲，LM339的作用是将霍尔元件产生的正脉冲变成负脉冲，由p35端输出到单片机T1计数器输入端，进行计数。3.4 电机驱动电路1、 光电耦合器4N25具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强。无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用。当输入端，即p27端输入高电压时，发光二极管放光，触发可控硅导通，H桥电路与电源导通，当p27端为低电压时，可控硅不导通，H桥与

13、电源断路。2、 P27端是单片机输出的脉宽调制PWM，通过定时器T0控制PWM的占空比，从而控制电压的变化。Vo=a*24V，Vo是电机的实际输入电压，a是PWM的占空比。例如，当a=50%时，Vo=0.5*24V=12V。即电压将了一半。3、 H桥电路控制电机的正反转，当p24和p25同时为高电平或同时为低电平时，H桥不导通，电机不转，当p24和p25一个为高，另一个为低时，H桥导通，电机启动。p24和p25的两种状态对应正反转。3.5 整流电路由图可看出，电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在

14、负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。桥式整流的名称只是说明电路连接方法是桥式的接法，桥式整流二极管：大家常用的一般是由4只单个二极管封装在一起的元件，取名桥式整流二极管,整流桥或全桥二极管。变压器现将220V交流电降到25V左右的交流电，通过桥电路后得到幅值25V左右的全波。在经过电容，使全波整流到25V左右的直流电压，在经过TL431稳压，稳到24V，稳压电阻较大，所以能带动大的负载

15、。1、VG1是220V交流电2、VF2是降压后的交流电，25V3、VF3是全波4、VF1是整流后，在经稳压得到的24V直流电。第四章 软件设计方案软件设计主要分为两个部分：1、 电机当前转速的显示部分；2、 六个按键对电机启停、转向、转速大小控制部分。4.1 显示部分转速的显示我们采用了动态扫描的工作方式，LED数码显示管采用4联共阳极显示器，该器件内部已将4个数码显示器的同名字段端并接在一起，从上到下4个数码管的公共阳极分别由一个引脚引出，p1p4表示。P0口为字型口，P1口为字位口，每个口都经过9012PNP驱动。数码管显示报警如果大于最大转速如果小于最小转速比较得到转速T1启动计数T2启

16、动定时霍尔元件测电机转速电机转动中4.2 控制部分次控制部分共用了六个键：1键和2键用于启动和停止电机：1键停止、2键启动；3键和4键用于控制电机的正反转：3键正转、4键反转；5键和6键用于调节电机的转速：5键减速、6键增速。电机通过T0调节PWM占空比控制p27显示转速控制p24和p25控制p24和p25启停正反1键和2键3键和4键 单片机控制调速5键和6键第五章 电路调试5、1软件调试（1）在keil软件中创建一个项目，从器件库中选择目标器件，配置工具设置， 点击“Project->New Project”菜单，出现一个对话框，要求给将要建立的工程起一个名字。 （2）设置工程项目点击

17、左边Project窗口中的Target1，然后使用菜单”Project->Options for target “target1”“即出现对工程设置的对话框。大多数取默认值即可。本软件选的单片机型号AT89S52，晶振是12M，生成可执行文件HEX。其它默认。（3）编译、连接：选择菜单Project->Build target，对当前工程进行连接，如果当前文件已修改，软件会先对该文件进行编译，然后再连接以产生目标代码；若选择Rebuild All target files将会对当前工程中的所有文件重新进行编译然后再连接，确保最终生产的目标代码是最新的。（4）调试：成功进行汇编、连接

18、后，按Ctrl+F5或者使用菜单Debug->Start/Stop Debug Session即可进入调试状态，此时Debug菜单项中原来不能用的命令现已可以使用，工具栏会多出一个用于运行和调试的工具条。5、2 硬件调试 用自己拥有的开发板，对系统的每个电路进行逐部分检测，把不能工作的或是达不到设计要求的电路进行相应的改进。第六章 使用说明1、本系统的控制主要是以六个按键来控制的。2、1键和2键用来控制电机的启停，1键停，2键启动。系统复位时，p24和p25控制端都为高电平。默认电机没有启动，当按下2键时，电机启动，p24为低电平，p25为高电平，即默认为3键按下时电机的转向。3、3键和

19、4键控制电机的正反转，3键按下时，p24=为低电平，p25为高电平，电机开始向一个转向转动。4键按下时，p24=为高电平，p25为低电平，电机开始向另一个转向转动。（3键和4键只有在2键有效时才能实现功能）4、5键和6键用来调电机的转速，即调节PWM占空比，从而实现对电机速度的调节。PWM周期为1s，由定时器T0定50ms的时间，20个这样的时间组成一秒。系统默认一开始输出20个高电平，0个低电平。每按一下5键，高电平减少一个，低电平增加一个，及占空比为95%，减少了5%，最少减到0。相反，每按一下6键，占空比增加5%，最大为100%。因此此控制系统不只是从0.7倍转速到额定转速，而是可以从零

20、调到额定转速，分为20级，由于电机的规格不同，所以这样的设计可以让用户灵活使用。第七章 总结与体会近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的走向深入，同时带动传统控制检测日新月异的更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心器件来使用，但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件情况，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。单片机控制电机是一个普遍的，成熟的控制系统，大量应用于现代工业中。我们身边的很多系统都有单片机和电机的身影，而他们结合应用的情况非常多。以前对他们的认识非常肤浅，认为他们很好控制。不过通过这次设计之后，深知要想将单片机和电机组合在一起

21、，做一个简单的控制系统非常的困难。学过单片机，也学过电机，要想将他们联系到一起，还需要大量的外围电路。如显示电路，按键控制电路，检测电路等，每一个电路、每一个器件都需要仔细的研究。无论那个环节有问题，整个系统将没有任何意义。硬件是软件发挥的平台，好的硬件需要好的软件来支配，没有软件的参与，硬件无法发挥要设计的功能。虽然硬件上用的东西比软件多，因为软件只需要写程序，不过，我在软件上花费的时间一点也不比硬件上花费的少。软件和硬件是互相配合的，软件的编程要根据硬件来设计，硬件只有再拷入软件时才能工作，软硬件结合的系统才是完整的系统，能用的系统。设计的过程中我学到了很多，很多学到的知识都是理论，运用到

22、实际中还有很大距离。通过与老师和同学的探讨，我掌握了很多以前没见过的电路、器件、系统理论等。再设计过程中，也不是一下子就能够设计好的，都是反反复复，试过很多方案。每一次设计都会花费很多时间，还会影响我的自信。这次设计对我的意义非常大，它使我懂得，做任何事情都不是轻松的，都不是幸运的，必须付出大量的心血才能得到成功，这和做其他事情是一个道理。开始做设计时，就必须把态度端正，不管完成它的时间有多么充裕，都不要放松。设计的过程中遇到了很多错误，这些错误以前都没见过，遇到时也手忙脚乱，不知怎么去解决。这时我的做法通常是找老师或同学，与他们商讨。寻找解决的方案，几乎所有我不懂的问题都是用这种方式解决的。

23、很显然团结的力量是很大的。团队合作可以提高设计的进程和提高作品的质量。这次设计让我拥有了很多课程设计的经验，为以后做设计积攒了本钱，同时我学会了在作课程设计时怎样去协调软硬件和设计资料的进展。使我以后少犯错误，少走误区。第八章 参考文献作者书名出版社出版时间余文俊8051 C语言实习中国水利水电出版社2003年3月刘锦波电机与拖动清华大学出版社2009年6月李朝青单片机基础与接口技术北京航空航天大学出版社2007年6月童长飞C8051系列单片机北京航空航天大学出版社2005年2月杜清府检测原理与传感技术山东大学出版社2008年9月附录 一附录 二#include "reg52.h&q

24、uot;#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit p10=P10;sbit p11=P11;sbit p12=P12;sbit p13=P13;/*sbit DIN=P20;sbit SCLK=P21;sbit CS=P22;sbit DOUT=P23;*/sbit p27=P27;sbit p24=P24;sbit p25=P25;sbit key1=P30;sbit key2=P31;sbit key3=P32;sbit key4=P33;sbit key5=P36;sbit key6=P37;sbit p35=P35

25、;sbit p0=P0;sfr T2MOD = 0xC9; / 定时器2void zhengfan();void tiaosu();uchar qian,bai,shi,ge,nCounter=0,nCounter1=0,nCounter2=0;uchar value1=20,value2=0,nvar1,nvar2;uint shuzhi;unsigned char code ledcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e; /数码管段码表共阳void Delay

26、_ms(unsigned int t) /Delay t ms for 12MHz crystal /延时子程序unsigned char i; while(t-) for(i=0;i<125;i+); void quwei() /求出要显示转速的各位数值qian=shuzhi/1000;bai=(shuzhi/100)%10;shi=(shuzhi/10)%10;ge=shuzhi%10; void scan() /显示子程序，用以数码管显示数据，动态扫描四个数码管 quwei(); /依次亮起，闪动很快，视觉上表现为四个同时亮。 p10=0; p11=1; p12=1; p13=1;

27、 p0=ledcodeqian;/显示千位 p10=1; p11=0; p12=1; p13=1; p0=ledcodebai; /显示百位 p10=1; p11=1; p12=0; p13=1; p0=ledcodeshi;/显示十位 p10=1; p11=1; p12=1; p13=0; p0=ledcodege;/显示个位 Delay_ms(1); void dingshijishu() T2MOD=0x00;/设置T2控制字 TMOD=0x50;/设置T1控制字 TH1=0x00;/ T1计数器清零 TL1=0x00; TH2=0x3c;/ T2计数器初值，50ms TL2=0xb0;

28、 RCAP2H=0x3c; RCAP2L=0xb0; ET2=1;/定时器2中断允许 EA=1;/开中断 TF2=0; /溢出标志位清零 p35=1; /置T1引脚为输入方式 while(p35=1); /等待p35变低 TR2=1; /启动T2计数 TR1=1; /启动T1计数 for(nCounter=0;nCounter<20;nCounter+)/ 1s定时 while(TF2=0); /等待T2溢出 TR2=0; /停止T2计数 TR1=0; /停止T1计数 nvar1=TH1; nvar2=TL1; shuzhi=TH1<<4+TL1; /保存T1计数值 Dela

29、y_ms(10); void pwm() TMOD=0x01;/ 设置定时器0为方式1 TH0=0x3c; / 定时50ms TL0=0xb0;ET0=1; / 定时器0中断允许 EA=1; / CPU开中断 TF0=0; / 计数器0溢出标志置零 TR0=1; / 启动计数器0 void serve() interrupt 1 for(nCounter1=0;nCounter1+;nCounter1<value1)/发出value1个50ms while(TF0=0)/ 等待T0溢出 TH0=0x3c; / 定时50ms TL0=0xb0; p27=1; /为正电平for(nCount

30、er2=0;nCounter2+;nCounter2<value2)/发出value2个50ms while(TF0=0)/等待T0溢出 TH0=0x3c; / 定时50ms TL0=0xb0; p27=0; /为负电平void qidong()/此子程序用于电机的启动和关断 if(key1=0)/按下1键 Delay_ms(10); /延时10毫秒 if(key1=0) while(!key1)/撒开1键 p24=1;/此时电机被停止转动，H桥电路无电流通过 p25=1; if(key2=0) /按下2键 Delay_ms(10); /延时10毫秒 if(key2=0) while(!key2) /撒开2键 p24=0; /电机启动，默认为3键按下的转动方向 p25=1; zhengfan(); /调用转向子程序，此时3、4键可控制方向 tiaosu(); /调用调速子程序，此时5、6键可控制pwm占空比 void zhengfan() /此子程序用于控制电机的正反转 if(key2=0) /2键是启动键，只有2键按下时，才能调节转向 Dela