【正文】 基于 單片機(jī) 的 直流電機(jī)控制 摘 要 本文介紹一種新型的主要由 AVR 單片機(jī) 和 L298 驅(qū)動(dòng)構(gòu)成的直流電機(jī) PWM 調(diào)速控制器。詳細(xì)介紹了本調(diào)速控制系統(tǒng)的工作原理、 PWM 驅(qū)動(dòng)接口電路和相應(yīng)的各種控制軟件設(shè)計(jì)。方便的人機(jī)對(duì)話接口 ,用鍵盤(pán)輸入有關(guān)控制信號(hào)及參數(shù) ,可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)．并在 LCD上實(shí)時(shí)顯示輸入?yún)?shù)及動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速．詳細(xì)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(jì)了實(shí)驗(yàn) ,并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)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(shí)它也 是管道機(jī)器人和 國(guó)家 863課題研究的一個(gè)分支，具有極強(qiáng)的實(shí)用性。 關(guān)鍵詞 ： AVR單片機(jī)； PWM； 直流調(diào)速系統(tǒng) ； L298驅(qū)動(dòng) 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(jì)項(xiàng)目的發(fā)展情況簡(jiǎn)介 ...................................... ２ 單片機(jī)控制 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) .......................... ５ 單片機(jī)控制 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)基本原理 .......................... ５ 直流電機(jī)調(diào)速原理 ...................................... ５ PWM 基本原理及其實(shí)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(jī)簡(jiǎn)介 ........................................ １０ 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N ........................................ １２ LCD顯示器 ................................................ １８ 電動(dòng)機(jī)選擇 ............................................... ２０ 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ......................................... ２１ 系統(tǒng)工作原理 ............................................. ２１ ATmega8實(shí)現(xiàn) PWM控制 ...................................... ２２ 驅(qū)動(dòng)電路 ................................................. ２３ 驅(qū)動(dòng)電路原理 ........................................ ２３ L298 驅(qū)動(dòng)接口 ........................................ ２５ 顯示電路設(shè)計(jì) .............................................. ２７ LCD液晶顯示器引腳說(shuō)明 ............................... ２７ LCD1602 的指令 ....................................... ２７ 按鍵電路設(shè)計(jì) .............................................. ３０ 鍵盤(pán)原理 ............................................ ３０ 鍵盤(pán)與單片機(jī)的接口 電路 .............................. ３１ 電路板的制作 .............................................. ３２ 電路板的設(shè)計(jì)步驟 .................................... ３２ 電路板布線技巧 ...................................... ３３ 設(shè)置中的問(wèn)題及解決方法 .............................. ３４ 硬件抗干擾措施 ............................................ ３４ 干擾的來(lái)源 .......................................... ３５ 具體抗干擾措施 ...................................... ３５ 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .............................................. ３６ 主程序設(shè)計(jì) ................................................ ３６ 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) .......................................... ３７ 控制程序 .................................................. ３８ 調(diào)試程序 .................................................. ４０ 第 5章 測(cè)試實(shí)驗(yàn) .................................................. ４２ 結(jié)束語(yǔ) ........................................................... ４３ 致謝 ............................................................. ４３ 參考文獻(xiàn) ......................................................... ４５ 附錄 ............................................................. ４６ 四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） １ 引 言 直流電機(jī)是工礦、交通、建筑等行業(yè)中的常見(jiàn)動(dòng)力機(jī)械，是機(jī)電行業(yè)人員的重要工作對(duì)象之一。作為一名電氣控制技術(shù)人員必須熟悉直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點(diǎn)，掌握主要參數(shù)的分析計(jì)算，并能正確熟練地操作使用直流電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能。直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速特性，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；過(guò)載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載；能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中各種特殊運(yùn)行的要求。而直流發(fā)電機(jī)則能提供無(wú)脈動(dòng)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(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)和調(diào)速性能，常應(yīng)用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速有較高要求的場(chǎng)合，如大型可逆式軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、賓館高速電梯、龍門(mén)刨床、電力機(jī)車(chē)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)、城市電車(chē)、地鐵列車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、造紙和印刷機(jī)械、船舶機(jī)械、大型精密機(jī)床和大型起重機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械中。 在各類(lèi)機(jī)電系統(tǒng)中 ,由于 直流電機(jī) 具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速性能 ,直流調(diào)速技術(shù)已廣泛運(yùn)用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個(gè)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(diǎn)。 正因直流電機(jī)的精確控制 其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，所以 它是管道機(jī)器人和國(guó)家 863 課題研究的一個(gè)分支，具有極強(qiáng)的實(shí)用性。 本系統(tǒng)是以 AVR 單片機(jī)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的精確控制直流電機(jī)系統(tǒng)。 利用 AVR單片機(jī)控制直流電機(jī)使其實(shí)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(jī)產(chǎn)生的 PWM 信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的控制，提高了系統(tǒng)的控制精度 ,保證了電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性；電機(jī)的啟動(dòng)、停止、左右轉(zhuǎn)和速度都由程序定義 ,調(diào)試時(shí)只需修改 PWM 信號(hào)占空比即可實(shí)現(xiàn)速度控制，改變輸出口電平即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，無(wú)須改變系統(tǒng)硬件電路 ,即可實(shí)現(xiàn)各種控制，能有效縮短開(kāi)發(fā)周期 ,提高效率；結(jié)合了 受限倍頻單極性可逆 PWM 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，增強(qiáng)了系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力，提高了系統(tǒng)的可靠性和性價(jià)比。電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，電機(jī)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 。可 廣泛運(yùn)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(jì)（論文） ２ 第 1 章 概論 隨著計(jì)算機(jī)，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(dòng)機(jī)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(jìn)控制算法，開(kāi)發(fā)全數(shù)字化智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)將成為新一代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。 設(shè)計(jì)項(xiàng)目的發(fā)展情況及研究現(xiàn)狀 常用的控制直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)電樞供電，通過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡(jiǎn)單易行設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)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(jī) 電動(dòng)機(jī) (也稱為旋轉(zhuǎn)變流組 )，配合采用磁放大器、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、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(dòng)機(jī)減 速時(shí)，可以通過(guò)發(fā)電機(jī)非常容易地將電動(dòng)機(jī)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(dòng)特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要增加兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵(lì)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(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不能比擬的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn) :維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對(duì)維護(hù)人員會(huì)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(dú)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(qiáng)大的生命力。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長(zhǎng)、維修簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管變流裝置為毫秒級(jí)。 [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(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動(dòng)完成一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路也四川大學(xué)錦城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ３ 實(shí)現(xiàn)了高度集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上