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    基于51單片機的直流電機PWM調速系統(tǒng)

    2017-09-20 01:13宮曉明
    科學家 2017年16期
    關鍵詞:直流電機單片機

    宮曉明

    摘 要 脈沖寬度調制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。本設計用單片機做微處理器來實現(xiàn)對直流電機的調速。因此在設計中,對直流調速的原理、直流調速控制方式以及調速特性、PWM基本原理及實現(xiàn)方式進行了全面的闡述。

    關鍵詞 單片機;PWM;直流電機

    中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363(2017)16-0151-01

    隨著電子技術、微電子技術的飛速發(fā)展,微型計算機發(fā)展很快,單片機技術成為自動控制技術的核心之一。直流電機由于具有良好的啟動,制動,調速性能也被廣泛應用?;趩纹瑱C的PWM調速系統(tǒng)對直流電機進行調速,通過以數(shù)字方式控制模擬電路,可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗,其控制簡單,靈活。

    1 硬件電路的設計

    1.1 控制電路的設計

    控制電路主要由STC89C51單片機來控制,編寫一段程序使單片機發(fā)出的PWM脈沖來實現(xiàn)對驅動的控制。

    1.2 霍爾元件測速部分電路的設計

    霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種磁敏式傳感器。由于霍爾元件產生的電勢差很小,故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個芯片上,稱之為霍爾傳感器。

    1.3 電機控制正反轉電路設計

    通過調節(jié)直流電機的電壓可以改變電機的轉速,本系統(tǒng)用脈寬調制(PWM)來實現(xiàn)調速。方波的有效電壓跟電壓幅值和占空比有關,通過占空比實現(xiàn)改變有效電壓。用軟件模擬PWM可以有延時和定時兩種方法,延時方法占用大量的CPU,所以這里采用定時方法。

    一個典型的直流電機控制電路,電路得名于“H橋驅動電路”。4個三極管組成H的4條垂直腿,而電機就是H中的橫杠。H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機,要使電機運轉,必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況,電流可能會從左至右或從右至左流過電機,從而控制電機的轉向。本系統(tǒng)直接用L293D芯片來實現(xiàn)。

    1.4 顯示設計

    LED數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件,其基本單元是發(fā)光二極管,通過對其不同的管腳輸入相對的電流,會使其發(fā)亮,從而顯示出數(shù)字。在本系統(tǒng)中采用了四位七段數(shù)碼管,用動態(tài)驅動來顯示具體的值。

    動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起,另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路,通過由各自獨立的I/O線控制,當單片機的P0口輸出字形碼時,所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼,但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形,取決于單片機對P2.4-P2.7位選通COM端電路的控制。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端,就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示。

    1.5 整個電路原理圖

    2 軟件設計

    2.1 主程序部分

    本程序的功能是通過對測量的轉速,并用L293D器件來控制電機的轉速,與電機轉動的方向。然后用4位數(shù)碼管顯示出來當前的轉速與轉動方向。

    2.2 數(shù)碼管顯示設計

    數(shù)碼管要顯示當前各種狀態(tài),當前轉速與當前轉動方向。當電機轉速發(fā)生改變的時候,數(shù)碼管顯示內容立即顯示當前轉速。

    程序設計注意事項:

    1)消除各個數(shù)碼管之間的顯示陰影部分;2)由于硬件沒有鎖存器,需要延長數(shù)碼管的點亮時間,從而使數(shù)碼管顯示的更加清晰;3)合理運用程序空間,避免數(shù)碼管顯示不清晰;4)動態(tài)掃描可以實現(xiàn)各個數(shù)碼管的不同顯示。

    2.3 功能程序設計

    功能程序部分,主要實現(xiàn)各個按鍵的功能。主要功能如下:

    1)啟動/停止鍵:用來控制電機的啟動和停止按鍵;2)加速按鍵:用來控制電機的轉速,可以增加電機的當前轉速;3)減速按鍵:用來控制電機的轉速,減緩電機的轉速;4)正/反轉按鍵:改變電機的轉動方向。

    PWM調速程序:

    void timer0() interrupt 1

    {

    sec++; //每10us sec加一

    if(RF==0)

    {

    J7=1; //正轉調速

    if(sec

    J2=0;

    else

    J2=1;

    }

    else //反轉調速

    {

    J2=1;

    if(sec

    J7=0;

    else

    J7=1;

    }

    if(sec>10)

    {

    sec=0;

    }

    }

    3 結論

    本系統(tǒng)用51單片機做微處理器,產生PWM脈沖信號,實現(xiàn)對直流電機數(shù)字式的調速。相比于傳統(tǒng)用硬件來實現(xiàn)PWM調速,本系統(tǒng)降低了成本,電路簡單、控制響應快、控制精度高,而且調試和運行也比較方便。本系統(tǒng)實現(xiàn)了電機控制數(shù)字化具有一定的使用價值。

    參考文獻

    [1]張義和,等.例說51單片機C語言版[M].北京:人民郵電出版社,2010.

    [2]康華光.電子技術基礎數(shù)字部分[M].北京:高等教育出版社,2006.

    [3]康華光.電子技術基礎模擬部分[M].北京:高等教育出版社,2006.

    [4]楊志忠.數(shù)字電子技術[M].北京:高等教育出版社,2003.

    [5]胡宴如.模擬電子技術[M].北京:高等教育出版社,2008.

    [6]鄒久朋.80C51單片機實用技術[M].北京:航天航空大學出版社,2008.

    [7]李慶亮.C語言程序設計實用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

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