基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文-文庫(kù)吧
2025-04-24 14:50 本頁(yè)面
【正文】 速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶帶負(fù)載能力差脈沖頻率低則反之。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在 40Hz 以上，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，但加負(fù)載后，速度下降明顯，低速時(shí)甚至?xí)＾D(zhuǎn)；脈沖頻率在 10Hz 以下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有明顯跳動(dòng)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)證明，脈沖頻率在 15Hz30Hz 時(shí)效果最佳。而具體采用的頻率可根據(jù)個(gè)別電動(dòng)機(jī)性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過 輸入高電平信號(hào) 輸入低電平與 輸入低電平 輸入信號(hào)分別實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)功能。通過對(duì)信號(hào)占空比的調(diào)整來對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 圖 1 系統(tǒng)硬件框圖 2. 硬件電路設(shè)計(jì) 由單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)原理可知： （ 1） 盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路； （ 2） 留有余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來修改、擴(kuò)展的方便。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) ： 所謂最小系統(tǒng)就是指由單片機(jī)和一些基本的外圍電路所組成的一個(gè)可以工作的單片機(jī)系統(tǒng)。一般來說，它包括單片機(jī)，晶振電路和復(fù)位電路。 單片機(jī) AT89C51 AT89C51 8 位單片機(jī)是 MSC51174。系列產(chǎn)品的升級(jí)版，有世界著名半導(dǎo)體公司ATMEL 在購(gòu)買 MSC51174。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)后，利用自身優(yōu)勢(shì)技術(shù) —— （掉電不丟數(shù)據(jù)）閃存生產(chǎn)技術(shù)對(duì)舊技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展，同時(shí)使用新的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，最終得到成型產(chǎn)品。與此同時(shí)，世界上其他的著名公司也通過基本的 51 內(nèi)核，結(jié)合公司自身技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)生產(chǎn)，推廣一批如 51F020 等高性能單片機(jī)。 AT89C51 片內(nèi)集成 256 字節(jié)程序運(yùn)行空間、 8K 字節(jié) Flash 存儲(chǔ)空間，支持最大 64K 外部存儲(chǔ)擴(kuò)展。根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗的要求，時(shí)鐘頻率可以設(shè) 置在033M 之間。片內(nèi)資源有 4 組 I/O 控制端口、 3 個(gè)定時(shí)器、 8 個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門狗和斷電保護(hù)?？梢栽?4V 到 寬電壓范圍內(nèi)正常工作。不斷發(fā)展的半導(dǎo)體工藝也讓該單片機(jī)的功耗不斷降低。同時(shí)，該單片機(jī)支持計(jì)算機(jī)并口下載，簡(jiǎn)單的數(shù)字芯片就可以制成下載線，僅僅幾塊錢的價(jià)格讓該型號(hào)單片機(jī)暢銷 10 年不衰。根據(jù)不同場(chǎng)合的要求，這款單片機(jī)提供了多種封裝，本次設(shè)計(jì)根據(jù)最小系統(tǒng)有時(shí)需要更換單片機(jī)的具體情況，使用雙列直插 DIP40 的封裝。 AT89C51 引腳圖 如圖 2 所示。 AT89C51 顯示模塊 驅(qū)動(dòng)模塊 電源模塊 輸入模塊 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 圖 2 AT89C51 引腳圖 復(fù)位電路及時(shí)鐘電路 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊。復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位 ，如圖 3，圖 4 所示 。 RST單片機(jī)C1R1GNDVCC RST單片機(jī)C2R2GNDVCCR3S?SWPB 圖 3 上電復(fù)位 圖 4 手動(dòng)復(fù)位 有時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動(dòng)復(fù)位。所以本次設(shè)計(jì)選用手動(dòng)復(fù)位。 高頻率的時(shí)鐘有利于程序更快的運(yùn)行，也有可以實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)采樣率，從而實(shí)現(xiàn)更多的功能。但是告訴對(duì)系統(tǒng)要求較高，而 且功耗大，運(yùn)行環(huán)境苛刻。考慮到單片機(jī)本身用在控制，并非高速信號(hào)采樣處理，所以選取合適的頻率即可。合適頻率的晶振對(duì)于選頻信號(hào)強(qiáng)度準(zhǔn)確度都有好處，本次設(shè)計(jì)選取 12MHz 無(wú)源晶振接入 XTAL1 和 XTAL2 引腳。并聯(lián) 2 個(gè) 30pF 陶瓷電容幫助起振。 最小系統(tǒng)如圖 5 所示。 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 圖 5 最小系統(tǒng) 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 由于單片機(jī) P3 口輸出的電壓最高才有 5V，難以直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。所以我們需要使用 恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯電平信號(hào) VSS， VSS可接 ～ 7V 電壓。 4 腳 VS接電源電壓， VS電壓范圍 VIH為＋ ～ 46V。輸出電流可達(dá) ，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。 1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。 L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 5， 7， 10， 12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。
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