单片机综合实验PWM直流电机调速

PAGEPAGE1/15武汉工程大学实验报告实验课程 单片机综合实验 实验项目 单片机控制电机转速实验（PWM）专业名称 07级通信工程 实验日期 2009年11月27日 班级 02班 指导教师 苏文静 实验地点 机电楼408 实验目的1。了解直电机PWM工作原理2.基础要求编程并实现直流电机的调速LED示电机的转速即电位器输（开环）3.扩展要编程并实现直流电机的调速以SPEED口输出信号为反馈显示电机的实际转速（闭环）实验原理1.PWM的调原理PWM调速是过改变输出脉冲的占空比,从而改变电机转速的一种调速方法。PWM速分为单极性和双极性两种在单极性方式下电机的转动方向不变改变的只是转速而在双极性方式下，电机的转动方向和转速都是可变的。以下以单极性为例说明PWM调速的基本原理。假设一个脉冲周期内高电平电压为Us持续时为t1低平为0V续时间为t2.则脉冲周期T=t1+t2周期内平均电压U0=t1＊Us/T令α=t1/T则U0=α＊Usα表示占空比。当高电平电压不变的情况下，电机两端电压的平均值U0取决于占空比α的大小.改变α值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。在双极性方式下，如果U0为负，意着电机将反转，转速由U0的绝对值制。2.对象模（PWM电机速模块）工作原理直流电机PWM调速模块测速电路和PWM调速电两部分组成模块的电源由接口总线引入。本模块中使用的电机为5V直流电机。 电机测速部分(1）直流电机测速原理介绍电机测速部分由一个霍尔开关和信号放大电路组成与电机同轴的转盘上装有两块的强力磁钢，它们的磁极性相反,以保持转盘的平衡并保证转盘每转一周霍尔开关只导通一次.霍尔开关平时输出为正电压当转盘上的磁钢与霍尔开关正对时霍尔开关输出负电压经整形、放大输出.单片机通过对负脉冲计数，可计算出电机的转速.（2）电机速部分电路原理及说明3144为霍开关，整形、放大由LM358完成。一级358为比较器使用,第二级作为电压跟随器。SPEED负脉冲输出接口，对应于模块上的SPEED插孔。(3）电机速部分电路测试方法将模块插在接口挂箱或对象挂箱上并接通电源电机应转动用示波器在SPEED插孔处可以看到连续的负脉冲。4

K

1 +2 -

1

1 +2 —

2

d

K

5 k C PWM调速部分（1）PWM调速电路原理及说明JUMP跳线为极性选择。2、3脚短接（模块上选择D端）为双极性;1、2脚短接(模块上选择S端）为单极性。单极性时，PWMN为，电机两端无电压;PWMIN为低电机两端为正电压。双极性时，PWMIN为，电机两端为负电压；PWMIN为，电机两端为正电压。（2）PWM调速电路基本测试方法将CPU模块的P1。0~P1。1分别接至CPU挂箱的K1~K3T0接PWM调速模的PWMIN,模块的跳线、2脚短接运行测试程序，改变K1K3的值，机转速应随之变化。C PMN3

1A32S0

1A3 2

112 1

+ r1A 13 2 0

A3 -1

13。电位器块电位器模块为一个10K的可调电阻通过调节电位器上的旋钮可以改变电位器的电压输出。此电位器的电压输出为0~5V拟电压.通过连接ADC0809可将电器的模拟电压转换为数字量,提供给单片机使用.4AC89块ADC0809是种逐次比较式8路模输入、8位字量输出的A/D转换器.ADC0809START端为/D转换启动信号，ALE端通道选择地址的锁存信号。实验电路中将其相连以便同时锁存通道地址并开始A/D采样转换故启动A/D换只需如下两条指令：MV PRPRTMVX HYPERLINKmailto:@DPTRDT，AA中为何内并不重要，这是一次虚拟写。在中断方式下，A/D转结束后会自动产生EOC信号，将其与8031CPU板上的INT0相连接。在中断处理程序中,使用如下指令即可读取A/D换的结果：MV PRPRTMVX HYPERLINKmailto:@DPTR＠PDQKQ918291PP9PN0E0P.D

CP0P1P2P3P4P5P6P7P.21P.X2P.23P。34P。45P.56

11 K347834780

C122536495678

34567K基准电压

123456789

8271605A4B3CIN0～IN7为模拟电压输入2IN0～IN7为模拟电压输入109876)基准电压（）1P。D2P。03P。14P.05P.1 6P.R7P.D0PPN

P。67P。78P。8P.9P.0P.1P。2P.3P.4P.5

1212

1

55879显模块（1、电原理8279显示路由6位阴极数码管显示74LS244为段驱器75451位驱动器可编程键盘电路由１片74LS138组，8279的据口,地址,读写线，复位，时钟，片选都已经接好键盘行列扫描线均有插孔输出键盘行扫描线插孔号为KA0～KA3列描线插孔号为RL0~RL7；8279还出CTRL、SHIFT插孔。位数码管的位选、段选信号可以从8279引入，也可以有外部的其他电路引入，原理图如下：（2、电测试见整机测试六位数码管电路的测试：除去电路板上数码管右侧的跳线，系统加点，用导线将插孔LD1接低（GN再将插孔LED-ALE-BE—CE-DE-EE-LE-GE-依次接高电（VCC则数码管SLED1的相应段点亮如果所有的段都不亮则检查相应的芯片75451，如果个别段不亮，则检查该段的连线、及数码管是否损坏.用同样的方法依次检查其它数码管.8259显示、键盘控制芯片电路的测试：加上数码管右边的所有短路线，复位系统，应能正常显示。否则检查8279芯片、244芯片、138芯片是否正常。系统组成1。系统链框图801单片机 79电位器

ADC0809

PWM调速块

LED显示单元2。系统原图※(见附页）※软件设计1。思路描述本实验要实现的功能分别为电机调速和LED示.直流电机调速部分：由于电位器输出为模拟电压,而单片机所能处理的仅为数字信号,所以要经过ADC0809将位器的输出装换为数字信号因此编程时要启动IN0动A/D转换并用软件延时一段时间等待转换结束然后读取转换结果并将其存入指定的寄存器供调用。直流电机转速的调节需要改变输出脉冲的占空比因此需要编写一个能输出方波的子程序。如先让PWM为0,时一段时间后,再将PWM取反，即为1,在延时取反，如此反复就能达到输出方波的目的通过调节电位器的电压输出改变输出方波的占空比达到调速的目的。LED显示部本部分的主要功能是将ADC0809的输出显示在LED上首先将转换结果存入寄存器R1，然后写示RAM命字,数据端口地址送R0,并将初值送R0。写8279数据口地址，读取转换结果，语句“ACALLTABLE”通过查将ADC0809的转换结果转换为显示码写入9显示RAM指针R0加1显示送DPTR输计数器R7减1不为则跳转显示下一个数据，减为零则从子程序返回。2。程序流图※(见下页）※主程序流图开始堆栈指针、端口地址初始化启动通道IN启动AD转换软件延时，等待转换结束比较电压是否为0V

N子程序LPY方波输出子程序LP2 比较电压是 N否等于5VY子程序LP1显示子程序开始写显示RAM命令9数据地址转换结果存入R1,高四位存入50H,第四存入1H取显示数据转换为端数据写入9示RAM指针R0加1计数器R7减1 N为0？返回3.程序清单(1）PWM电调速程序PWM模块调试接线说明模块的PWM插口与系统板上的P1.0插口相连；外扩a/d块0809的选信号与系统板上的CS3相连（箱的片选地址为CFB8H）PWM模块的线：在S短路时，单脉冲;在D段短路时，双脉冲0809的LK接CPU挂的CLK3ADIN0接模拟入。SG T 40OT EU C8HWM EU 1JP SASG T43SAT:OV R,1HOVDT,PRT ；道0OXHYPERLINKmailto：@DPTRDT,AOVR,3LO1：JZ0LOOXHYPERLINKmailto：@DPTR，DTRWP ANL A＃FHJE A＃HLPMP L2L: JE A＃F,MP L2L1: OV R，AOV R,AOV A＃FHLR CUB AR0OV R,AL2: PL WMOV AR4OV R,AAL DLPL PMOV AR5OV R,AAL DLJZ R,P2OV R，1HMP SADLY:OV R，8DLY：OPJZ R,EAJZ R,EAYETND(）ED显程序SGAT0HLPSACGAT10HPT QU CBSAT： SB 1MOV DPTR,#PORT ；启动通道0MX HYPERLINKmailto：＠DPTRDTWI: JB 10AMX ,HYPERLINKmailto:＠DPTR＠TRMV 0，ADS: MV DT,0FH ;MV A＃8HMX HYPERLINKmailto：＠DPTR＠PRAMV DT,0FH ;示RMMV A#0HMX HYPERLINKmailto：@DPTR＠PRAMVA,0;转结果AA#FSPAACALL TABLE ;转为显码MOVDPTR，0CFE8H；8279数据口地址MOVXHYPERLINKmailto:@DPTR@DPR,A；送码输出MV A,0 ；转结果AL A#FHACALL TABLE ;转为显码MOV DPTR,0CFE8H ;8279数据口地址MOVX HYPERLINKmailto:＠DPTR@DPR，A ；送码输出CLL DLLMP SADLY: MV R，25 DL： MV R,2DL： NPNPDZR,EDZR,ERTTBE： IC AMC HYPERLINKmailto：＠A+PCA＠+CRTDB 3，6，B,H6H6HD，7HDB 7,F,7,H3H5H9，1HE（3)总程序SGAT40PORTEQU0CFB8H；端口地址WME1JP SASG T43START：MOV R3,＃1H ；设置拟输出通道个数为1，PWM调速程序分MOVDPTR，＃PORT 启动通道IN0，端口地址送DPTROXHYPERLINKmailto：@DPTRDT，A ；动AD转换MOVR0,＃30H ；软件时，等待转换结束LOOP1:DJNZR0，LOOP1 R0寄存器减1，不为零则转移MOVXHYPERLINKmailto：@DPTRA，@DPTR 读取转换结果SWAP A ；高低字节交换ANL A,#0FH 屏蔽高四位，取低四位CJNE A，＃0H，LP 比较电压是否为0V，相等则跳转至子程序LPJMP LP2 等于0V则转至方波输出子程序LP2LP： CJNE A，＃0FH,LP1 不等于5V跳转至子程序LP1JMP LP2 等于5V则转至方波输出子程序LP2LP1： MOV R0,A 转换值存入R0MOV R4,A 转换值存入R4MOV A,＃0FH 最大值送入累加器CLR C 进位位清零UB AR0OV R,ALP2: CPL PWM PWM求反为0,方波输子程序OV AR4OV R，AAL DLY PL PM WMP0OV AR5OV R，AAL DLDJNZ R3，LP2 R3减1,不于零则转移，循环MOV R3，＃1H 重新置值MP SAT 至SAT程序START1:MOV DPTR,＃0CFB8H 显示部分程序MV PRPRTMX HYPERLINKmailto:@DPTRDTWAIT： JNB P1。0WAIT 等待中断MX ，HYPERLINKmailto:＠DPTR＠TRMV 0，ADISP： MOV A,R1 ；转结果存入R1SWAP A 分离高四位和低四位AL A#FHMV 5，A ;入H中MV AAL A0HMV 5,A 入5H中MX HYPERLINKmailto:＠DPTR＠PRALP：MVMVMXMOVMVDT，0FHA＃0HHYPERLINKmailto:＠DPTR@PRAR0，50HR#2H;写示RM命字；存放换结果地址,初值送R0MOVDPTR,0CFE8H;8279数据口地址L:MVACALLHYPERLINKmailto:@R0A@0TABLE;绝对调，转换为显码MOVXIDJNZSMPCLLLMPHYPERLINKmailto:＠DPTR@DPTR，AR2,DL0D1DLYSA；送码输出；短转移DELAY: MOV R6,＃8FH ；延时程序DLY:NPDNZ6DA1DZR,EAYDL:MVR，1DL:MVR，2DL：NPNPDZR,EDZR，ECPSAT ;RI0： SETB TR1；开定时器1 ；中断程序STB E1RETI ；断返回I1：CRT0CRT1MVAT0MVT0#；置零MVT0#MVT1,CH ；重初值MVT1,BHMVR，AACALLDISP；调用显示函数AALCMRERTITBE：ICAMC HYPERLINKmailto:@A+PCA＠+CRTDB 3，6,B，H6H6HD,7HDB 7，F,7，H3H5H9,1HE调试说明1.实验现象当电位器旋到最小电压输出时，电机停止转动,LED模块显示为“00;逐步增大电位器的电压输出，直流电机的转速逐步加快,LED显示增大；当电位器旋到最大电压输出时,电机转速最大，LED显为“FF。2。列举问题LED显示00逐渐增“FF过中显示正常但是过一段时间后显示变“00，并不再改变。3.原因分析经分析为计数器计数溢出计数器记录的是方波脉冲在“00增大“FF过程是可以正常计数,但当计数超过“FF”时，计数器发生溢出，所以显示变成“00。可以通过添加中断程序当计数器发生溢出时CPU响中断并将计数器清零重新计数可以解决此问题.I0:SETBTR1;开定时器1STBE1RETI ；断返回I1：CRT0CRT1MVAT0MVT0#；置零MVT0#MVT1，CH ；重初值MVT1，BHMVR,AACALLDISP；调用显示函数AALCMRERTIE4.实验总结（1）实验现功能本实验实现了通过调节电位器的不同电压输出来改变直流调速电机的转速当电位器输出最小时电机转速最慢电位器输出最大时电机达到最大转速并且电机的转速可以通过LED模显示出来可以通过观察来发现电机转速的情况因此本实验即达到了动态调节电机转速，又实现了实时监测电机的运转情况。（2）实验足及改正意见本实验虽然实现了直流电机调速和LED动态显示但LED显的数值是经过延时后输出的并不是电机现在转速的实时精确值不过就现有的实验条件来看已经是所能达到的最准确的。另外此试验只利用了单片机的某一些端口并且也是一些不很复杂的输出和输入数据转换功能并未充分利用单片机的片内资源就这一点来看由本实验出发单片机所能实现的功能还有待进一步在后续的试验中继续开发。实验编程使用的是汇编语言具有编写的程序效率高占用的存储空间小运行速度快，能直接管理和控制硬件设备直接访问存储器及I/O接口电等优点但其可读性和可维护性较差编写程序需要对硬件电路及存储器特别了解是设计程序时不能把精力全部集中到程序所能实现的功能上如果程序很长的话无论是读懂还是修改都是一件很麻烦的事因此建议适当学习高级语言如C语言的单片机程序编写可以减