【正文】 基于 單片機 的 直流電機控制 摘 要 本文介紹一種新型的主要由 AVR 單片機 和 L298 驅(qū)動構(gòu)成的直流電機 PWM 調(diào)速控制器。詳細介紹了本調(diào)速控制系統(tǒng)的工作原理、 PWM 驅(qū)動接口電路和相應(yīng)的各種控制軟件設(shè)計。方便的人機對話接口 ,用鍵盤輸入有關(guān)控制信號及參數(shù) ,可以實現(xiàn)電機的啟制動、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)．并在 LCD上實時顯示輸入?yún)?shù)及動態(tài)轉(zhuǎn)速．詳細給出調(diào)速系統(tǒng)的主電路原理圖及各部分電路原理圖。設(shè)計了實驗 ,并給出了實驗結(jié)果。實驗結(jié)果表明 ,本 PWM 直流調(diào)速控制器具有良好的工作性能。同時它也 是管道機器人和 國家 863課題研究的一個分支，具有極強的實用性。 關(guān)鍵詞 ： AVR單片機； PWM； 直流調(diào)速系統(tǒng) ； L298驅(qū)動 A PWM Speed Controller of DC Motor Using AVR Microcontroller ABSTRACT A PWM speed controller of DC motor using AVR microcontroller 8535 is introduced in this paper. This paper elaborates on the system principle, Optical Encoder, L298 driving system, and the DC motor PWM digital control system, which include the hardware and software design. In the convenient manmachine interaction interface, the control signal and parameter were inputted with key so that the start and brake of motor and speed regulation were also realized. Provided main electric circuit principle diagram and each parts of electric circuit principle diagram the experimental results of this speed controller are given in the paper. Experiment proof that this DC motor PWM speed controller has better function. Keywords ： AVR； PWM； DC converter system； L298 目 錄 引言 ............................................................... １ 第 1章 概論 ........................................................ ２ 設(shè)計項目的發(fā)展情況簡介 ...................................... ２ 單片機控制 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展趨勢 .......................... ５ 單片機控制 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)基本原理 .......................... ５ 直流電機調(diào)速原理 ...................................... ５ PWM 基本原理及其實現(xiàn)方法 .............................. ７ 第 2章 PWM調(diào)速系統(tǒng)的組成及選擇 ................................... １０ ATmega8單片機簡介 ........................................ １０ 電機驅(qū)動芯片 L298N ........................................ １２ LCD顯示器 ................................................ １８ 電動機選擇 ............................................... ２０ 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 ......................................... ２１ 系統(tǒng)工作原理 ............................................. ２１ ATmega8實現(xiàn) PWM控制 ...................................... ２２ 驅(qū)動電路 ................................................. ２３ 驅(qū)動電路原理 ........................................ ２３ L298 驅(qū)動接口 ........................................ ２５ 顯示電路設(shè)計 .............................................. ２７ LCD液晶顯示器引腳說明 ............................... ２７ LCD1602 的指令 ....................................... ２７ 按鍵電路設(shè)計 .............................................. ３０ 鍵盤原理 ............................................ ３０ 鍵盤與單片機的接口 電路 .............................. ３１ 電路板的制作 .............................................. ３２ 電路板的設(shè)計步驟 .................................... ３２ 電路板布線技巧 ...................................... ３３ 設(shè)置中的問題及解決方法 .............................. ３４ 硬件抗干擾措施 ............................................ ３４ 干擾的來源 .......................................... ３５ 具體抗干擾措施 ...................................... ３５ 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .............................................. ３６ 主程序設(shè)計 ................................................ ３６ 中斷服務(wù)程序設(shè)計 .......................................... ３７ 控制程序 .................................................. ３８ 調(diào)試程序 .................................................. ４０ 第 5章 測試實驗 .................................................. ４２ 結(jié)束語 ........................................................... ４３ 致謝 ............................................................. ４３ 參考文獻 ......................................................... ４５ 附錄 ............................................................. ４６ 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） １ 引 言 直流電機是工礦、交通、建筑等行業(yè)中的常見動力機械，是機電行業(yè)人員的重要工作對象之一。作為一名電氣控制技術(shù)人員必須熟悉直流電機的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點，掌握主要參數(shù)的分析計算，并能正確熟練地操作使用直流電機。直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速性能和啟動性能。直流電動機具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的無級調(diào)速特性，可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載；能滿足自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中各種特殊運行的要求。而直流發(fā)電機則能提供無脈動的大功率直流電源，且輸出電壓可以精確地調(diào)節(jié)和控制。由于直 流電動機具有良好的啟動和調(diào)速性能，常應(yīng)用于對啟動和調(diào)速有較高要求的場合，如大型可逆式軋鋼機、礦井卷揚機、賓館高速電梯、龍門刨床、電力機車、內(nèi)燃機車、城市電車、地鐵列車、電動自行車、造紙和印刷機械、船舶機械、大型精密機床和大型起重機等生產(chǎn)機械中。 在各類機電系統(tǒng)中 ,由于 直流電機 具有良好的起動、制動和調(diào)速性能 ,直流調(diào)速技術(shù)已廣泛運用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個方面。最常用的直流調(diào)速技術(shù)是脈寬調(diào)制 (PWM) 直流調(diào)速技術(shù) ,它具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低等特點。 正因直流電機的精確控制 其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，所以 它是管道機器人和國家 863 課題研究的一個分支，具有極強的實用性。 本系統(tǒng)是以 AVR 單片機為基礎(chǔ)開發(fā)的精確控制直流電機系統(tǒng)。 利用 AVR單片機控制直流電機使其實現(xiàn)精確的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等功能。本調(diào)速系統(tǒng) 利用ATmega8 單片機產(chǎn)生的 PWM 信號，實現(xiàn)對電機速度的控制，提高了系統(tǒng)的控制精度 ,保證了電機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性；電機的啟動、停止、左右轉(zhuǎn)和速度都由程序定義 ,調(diào)試時只需修改 PWM 信號占空比即可實現(xiàn)速度控制，改變輸出口電平即可實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)，無須改變系統(tǒng)硬件電路 ,即可實現(xiàn)各種控制，能有效縮短開發(fā)周期 ,提高效率；結(jié)合了 受限倍頻單極性可逆 PWM 電機驅(qū)動電路，增強了系統(tǒng)的驅(qū)動能力，提高了系統(tǒng)的可靠性和性價比。電路設(shè)計簡單，電機控制方便，有利于廣泛推廣。本系統(tǒng) 調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低 ?？?廣泛運用于工業(yè)、航天領(lǐng)域 等。 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ２ 第 1 章 概論 隨著計算機，微電子技術(shù)的發(fā)展以及新型電力電子功率器件的不斷涌現(xiàn)，電動機的控制策略也發(fā)生了深刻的變化。其中，脈寬調(diào)制（ PWM）方法，變頻技術(shù)在直流調(diào)速和交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。所以應(yīng)用先進控制算法，開發(fā)全數(shù)字化智能運動控制系統(tǒng)將成為新一代運動控制系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展方向。 設(shè)計項目的發(fā)展情況及研究現(xiàn)狀 常用的控制直流電動機有以下幾種 :第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動機電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡單易行設(shè)備制造方便，價格低廉。但缺點是效率低、機械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機 電動機 (也稱為旋轉(zhuǎn)變流組 )，配合采用磁放大器、電機擴大機、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍 (十比一至數(shù)十比一 )、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等，特別是當(dāng)電動機減 速時，可以通過發(fā)電機非常容易地將電動機軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機、電動機調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調(diào)速電動機相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機和一些輔助勵磁設(shè)備，因而體積大，維修困難等。第三，自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機、電動機系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機、電動機系統(tǒng)不能比擬的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點 :維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護人員會造成一定的危害等。第四， 1957年世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立即顯示出強大的生命力。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在 10000以上，比機組 (放大倍數(shù) 10)高 1000倍，比汞弧變流器 (放大倍數(shù) 1000)高 10 倍 。在響應(yīng)快速性上，機組是秒級，而晶閘管變流裝置為毫秒級。 [14] 從 20世紀(jì) 80年代中后期起，以晶閘管整流 裝置取代了以往的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動完成一次大的躍進。同時，控制電路也四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） ３ 實現(xiàn)了高度集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上