【正文】 ............. 28 參考文獻 ........................................................................................................................ 29 致謝 ............................................................................................................................... 29 基于單片機的直流電動機閉環(huán)調速控制系統(tǒng)設計 廣州大學畢業(yè)論文（設計）用紙 前 言 本文介紹利用 51 系列單片機控制 PWM 信號從而實現(xiàn)對大功率直流電機轉速進行控制的系統(tǒng)設計。此外，還采用了 IR2110 芯片與功率管（ MOSFET）構成 H橋驅動電路作為直流電機調速功率放大電路的驅動模塊。文章中采用了 STC89C52 單片機芯片，通過軟件控制，對 PWM 輸出占空比進行調節(jié)，從而控制電機的平均電壓以實現(xiàn)電機速度的控制。在軟件方面，文章中詳細介紹了 PWM運算程序以及速度測量程序等的編寫思路和具體的程序實現(xiàn)。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 本文主要利用單片機輸出 PWM，調節(jié)占空比來控制輸出的電壓大小，從而達到調速的功能。霍爾元件有著抗干擾強，外圍電路簡單等優(yōu)點，在測速應用上被大量引用。通過霍爾元件可以檢測到電機轉速脈沖，反饋給單片機，經過液晶顯示出來。 STC 單片機簡介 1． STC89C52 單片機簡介 STC 單片機是由美國設計 ,國內宏晶公司貼牌生產的 ,這個芯片設計的時候就吸取 51系列單片很容易被破解的教訓 ,改進了加密機制 . 它是 51系類單片機的增強型。 3 、單片機時鐘振蕩器增益可設為 1/2Gain. 4) 超低功耗 : 1 、掉電模式 :典型功耗 μ A 2 、空閑模式 :典型功耗 2mA 3 、正常工作模式 :典型功耗 4mA7mA 4 、掉電模式可由外部中斷喚醒 ,適用于電池 . 5) 在系統(tǒng)可編程 ,無需編程器 ,可遠程升級 6) 可供應內 部集成 MAX810 專用復位電路的單片機 , 7) STC 單片機直接替換 ATMEL,PHILIPS,Winbond 產品 廣州大學畢業(yè)論文（設計）用紙 最小系統(tǒng)原理圖及按鍵部分： 圖 13 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)能夠正常運行必須有復位電路、晶振、單片機芯片，才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。兩個廣州大學畢業(yè)論文（設計）用紙 IR2110 可以架構 H 橋驅動電路。高壓側驅動采用外部自舉電容上電，與其他驅動電路相比，它在設計上大大減少了驅動變壓器和電容的數(shù)目，使得 MOSFET 和 IGBT 的驅動電路設計大為簡化，而且它可以實現(xiàn)對MOSFET 和 IGBT 的最優(yōu)驅動，還 具有快速完整的保護功能。 引腳 2（ COM）：下通道 MOSFET 驅動輸出參考地端，使用中，與引腳 13（ Vss）直接相連，同時接主電路橋臂下通道 MOSFET 的源極。 引腳 9（ VDD）：芯片輸入級工作電源端，使用中，接用戶為該芯片工作提供的高性能電源，為抗干擾，該端應通過一高性能去 耦網絡接地，該端可與引腳 3（ Vcc）使用同一電源，也可以分開使用兩個獨立的電源。 引腳 13（ Vss）：芯片工作參考地端，使用中，直接與供電電源地端相連，所圖 16 IR2110引腳圖 廣州大學畢業(yè)論文（設計）用紙 有去耦電容的一端應接該端，同時與引腳 2直接相連。 C 允許最高結溫 Tjmax： 150176。為此 ,要么選用小容量電容 ,以提高充電電壓 。無需經過負載充電 ,這種形式自舉工作僅是 C2 選擇問題 ,易于處理。 (2) 盡量使自舉上電回路不經大阻抗負載 ,否則應為 C2 充電提供快 速充電通路。膽電容響應速度快，也不像電解電容有漏電流，所以這里選用膽電容。這就完成了電 — 光 —電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。 通過 TLP521 光耦合器 隔離了單片機與驅動模塊的聯(lián)系，保護了單片機，又使到5V的信號轉變成 15V 驅動 IR2110 芯片工作。 H橋電路中的 4 個功率 MOSFET 分別采用 N 溝道型和 P 溝道型，而 P 溝道功率MOSFET 一般不用于下橋臂驅動電機，這樣就有兩種可行方案：一種是上下橋臂分別用 2 個 P溝道功率 MOSFET 和 2 個 N溝道功率 MOSFET；另一種是上下橋臂均用 N 溝道功率 MOSFET。綜合考慮系統(tǒng)功率、可靠性要求，以及 N 溝道功率 MOSFET 的優(yōu)點，本設計采用 4個圖 19 H 橋驅動原理 廣州大學畢業(yè)論文（設計）用紙 相同的 N 溝道功率 MOSFET 的 H橋電路，具備較 好的性能和較高的可靠性，并具有較大的驅動電流。 IRF740 的參數(shù) 1） 工作最大電流電壓： 10A， 400V； 2）導通時 rDS（ on）＝ ?； 3） 單脈沖雪崩能量額定 4） 高輸入阻抗 利用 IRF740 的高耐壓性可以驅動 大功率電機，讓MOSFET 工作在開關狀態(tài)， VGS 電壓大于 6V時，功率管工作在開關狀態(tài)。 霍爾器件具有許多優(yōu)點，它們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達 1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。 當通過霍爾片的電流恒定 不變時 , 改變磁場的大小 , 可以改變霍爾電勢差 V H。 當磁場達到“工作點” (即 B op )時 ,觸發(fā)器 D 輸出高電壓 (相對于地電位 ),使三 極管 E 導通 ,輸出端 V o輸出低電位 ,此狀態(tài)稱為“開” 。 B op B rp稱為磁滯 。通過單片機的控制，使液晶顯示出轉速， PWM 的占空比。 圖 114 LCM1602 廣州大學畢業(yè)論文（設計）用紙 第 5 腳： RW為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。 15 腳背光正極， 16 腳背光負極。 穩(wěn)壓芯片簡介 78 系列穩(wěn)壓芯片功能框圖 圖 118 穩(wěn)壓芯片功能圖 78 系列穩(wěn)壓芯片參數(shù) 7805 芯片： 輸入電壓： 8~20V 穩(wěn)壓輸出： 5V 最大電流： 7815 芯片： 輸入電壓： ~30V 穩(wěn)壓輸出： 15V 最大電流： 廣州大學畢業(yè)論文（設計）用紙 第二章 軟件設計分析 主程序流程圖 圖 21 程序流程圖 PWM 基本原理及其實現(xiàn)方法 PWM 基本原理 PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率，從而改變負載兩端的電壓，進而達到控制要求的一種電壓調整方法。因此， PWM又被稱為“開關驅動裝置”。 由公式可見，當我們改變占空比 D=t１ ／Ｔ時，就可以得到不同的電機平均速度 ，從而達到調速的目的。硬件方法的實現(xiàn)已有很多文章介紹，這里不做贅述。設定 100個中斷為一個脈沖周期。所以對于 PWM的頻率要求不高，在本設計中，用 100hz左右的頻率可以驅動電機，實現(xiàn)電機連貫轉動及調速。 /*timer_count為 0~100的數(shù) */ if(timer_count=PWM_T) timer_count=0。 L_1=!PWM。 廣州大學畢業(yè)論文（設計）用紙 L_1=!PWM。 L_1=!PWM。 } else { L2=PWM。 L2=PWM。 H1=PWM。 L_1=!PWM。 L2=!PWM。 L2=!PWM。 L_1=PWM。 H2=PWM。 L_1=PWM。 L_1=PWM。 count_num_temp=TH0。 TL0=count_data%256。對于程序的有效性、穩(wěn)定性、結構性等多種考慮，中斷程序能簡潔暨簡潔，如果程序過長，可能會造成 PWM周期不穩(wěn)定，產生不正常的 PWM，或者非 PWM信號。 圖 23 PWM信 號 中斷程序雖然看起來比較長，但程序用到的函數(shù)大都為 if語句與 else語句，既為判斷語句，真正運行起來只有運行條件符合的語句。 L2=!PWM。 L2=!PWM。 L_1=PWM。 上下橋的開通的錯開編程。 L_1=!PWM。 由于 L_1與 H1不能同時開通，如果同時開通，即會形成短路回路。 測速的實現(xiàn) 測速的方法 轉速的測量方法很多，根據脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉速測量的方法主要有 M 法 (測頻法 )、 T 法 (測周期法 )和 MPT 法 (頻率周期法 )。所以這種 方法比較適合測量高頻信號的頻率。 3） MPT 法 (頻率周期法 ) 具有以上兩種方法的優(yōu)點，它通過測量被測信號數(shù)個周期的時間然后換算得出被測信號的頻率，可兼顧低頻與高頻信號，提高了測量精度。該方法最為適合檢測速度脈沖，符合設計要求，編程簡單，故采用。根據式即可計算出直流電機的轉速。 51系列單片機計數(shù)器可以計數(shù)到 65536 個，霍爾元件檢測的信號，不會超過這個數(shù)值，因為電機速度是有限的。 IR2110 主要用于驅動功率管的，用于逆變的電路的比較多。在此期間經過自己不斷的摸索，老師朋友的幫忙，畢業(yè)設計可以算是基本完成。然后感謝我的同學對我的幫助。但是我將在以后的工作和學習中繼續(xù)努力、不斷