基于單片機的直流電機控制器的設計

身份證號碼：440681198211195928

摘要：直流電機PWM控制系統(tǒng)的功能主要有進行直流電機的加減速及電機的正轉與反轉，同時還能夠對電機的轉速進行調整，便于讀出電機轉速數據，使電機的智能控制得到方便的實現(xiàn)。本文主要圍繞直流電機PWM調速器設計進行研究。

關鍵詞：AT89C51單片機；PWM調速；正反轉控制；仿真。

前言

本設計主要是實現(xiàn)PWM調速器的正轉、反轉、加速、減速、停止等操作。并實現(xiàn)電路的仿真。為實現(xiàn)系統(tǒng)的微機控制，在設計中，采用了AT89C51單片機作為整個控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅動模塊，實現(xiàn)對電動機轉速參數的顯示和測量；設計的整個控制系統(tǒng)，在硬件結構上采用了大量的集成電路模塊，大大簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個系統(tǒng)的性能得到提高。

1.總體設計框圖

系統(tǒng)組成：直流電機PWM調速方案如圖1.1所示：

方案說明：直流電機PWM調速系統(tǒng)以AT89C2051單片機為控制核心，由命令輸入模塊LCD顯示模塊及電機驅動模塊組成。采用帶中斷的獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機在程序控制下，定時不斷給直流電機驅動芯片發(fā)送PWM波形，H型驅動電路完成電機正，反轉控制；同時單片機不停的將從鍵盤讀取的數據送到LCD顯示模塊去顯示，從中不僅能讀取其速度，而且能知曉其轉向及一些溫馨提示。

圖 1：直流電機PWM調速方案

2.直流電機單元電路設計與分析

2.1直流電機驅動模塊

主要由一些二極管、電機和L298直流電機驅動模塊（內含CMOSS管、三太門等）組成。

2.1.1 直流電機結構

直流電機由定子和轉子兩部分組成。在定子上裝有磁極（電磁式直流電機磁極由繞在定子上的磁繞提供），其轉子由硅鋼片疊壓而成，轉子外圓有槽，槽內嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷引出，

2.1.2 直流電機工作原理

直流電機電路模型如圖2.2所示，磁極N、S間裝著一個可以轉動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個線圈abcd。當線圈中流過電流時，線圈受到電磁力作用，從而產生旋轉。根據左手定則可知，當流過線圈中電流改變方向時，線圈的受方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向實現(xiàn)改變電機的方向。

2.1.3 電機驅動模塊的電路設計

根據直流電機的工作原理，從PROTEUS選取元器件如下，放置元器件、放置電源和地]連線，我們參此設計的直流電機驅動模塊電路如圖2.5所示

2SK1058：CMOSS管

74L26：三太門

1N4006：二極管

VSCOURCE：電源

MOTOR-ENCODER：直流電機

RES：電阻

AT89C51：單片機（在此并未顯示）

2.2 直流電機的中斷鍵盤控制模塊

2.2.1 外部中斷設置

（1）外部中斷允許設置

中斷控制寄存器IE的EX0對應INT0，EX1對應INT1，EA為中斷的總開關，若要開放外部中斷，只要將IE對應的位和總開關EA置1即可。

如：開放外部中斷0的設置：

SETB EX0

SETB EA

開放外部中斷0和1的設置：

SETB EX0

SETB EX1

SETB EA

（2）外部中斷觸發(fā)方式設置

單片機外部中斷有兩種觸發(fā)方式，一種是電平觸發(fā)方式，另一種是脈沖觸發(fā)方式，單片機外部中斷觸發(fā)方式與TCON的IT位有關。

TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

電平觸發(fā)設置方法：CLR ITX，為低電平觸發(fā)方式。

脈沖觸發(fā)設置方法：SETB ITX=1，為脈沖下降沿觸發(fā)方式。

在使用外部中斷時，如果不進行設置，則為電平觸發(fā)方式。

（3）外部優(yōu)先級設置

外部中斷IN0、INT1的中斷優(yōu)先級的設置是通過設置IP寄存器實現(xiàn)的，IP的PX0對應INT0，PX1對應INT1。PX置1為高級中斷，PX為0為低級中斷。

×××PSPT1PX1PT0PX0

2.2.2 外部中斷擴展方法

在圖2.8為外部中斷擴展方法，設X1、X2、X3、X4、X5為外部警情信號，X1代表是加速信號，X1=0表示加速；X2代表減速信號，X2=0表示減速；X3代表正轉信號，X3=0表示正轉；X4代表反轉信號，X4=0表示反轉；X5代表停止信號，X5=0表示停止處理。

2.3 1602LCD液晶顯示模塊

圖2：1602液晶顯示模塊組成

3.直流電機PWM控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

直流電機PWM調制控制系統(tǒng)具有加速、減速、正轉、反轉、停止控制功能。操作開關通過中斷控制直流電機的加速、減速、正轉、反轉、停止控制功能，并通過LCD液晶顯示。振蕩、時鐘電路和復位電路由80C51單片機內部給出。直流電機轉動速度由LCD液晶顯示。操作開關狀態(tài)由液晶顯示器顯示。

4.系統(tǒng)仿真

LCD液晶顯示電路的系統(tǒng)仿真與調試：在PROTEUS運行環(huán)境中首先檢驗LCD顯示電路，添加程序，運行LCD液晶顯示電路能，系統(tǒng)若運行成功將 得到如圖4.1。此后在之前的電路基礎之上再拓展帶中斷的獨立式鍵盤。

5.總結語

經試驗測試本設計有效地實現(xiàn)了PWM調速器的正反轉與加減速、停止等操作，同是使電路的仿真進到有效的實現(xiàn)。另外簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個系統(tǒng)的性能得到提高，表明以上設計切實可行。

參考文獻：

[1]徐淑華，程退安，姚萬生.單片微型機原理及應用.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2012.

[2]徐惠民，安德寧.單片微型計算機原理、接口及應用.北京：北京郵電大學出版社，2010.