【文章內(nèi)容簡介】 此次課程設(shè)計題目是直流電機調(diào)速系統(tǒng) ， 本系統(tǒng)采用 PWM來調(diào)節(jié)直流電機的速度。 PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)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(diào)整方法 本系統(tǒng)采用 PWM來調(diào)節(jié)直流電機的速度。 PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)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(diào)整方法。 PWM可以應(yīng)用在許多方面 ,如電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。 PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。 PWM 可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)生產(chǎn)實習(xí)報告 4 整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。也正因為如此， PWM 又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 圖 22 占空比示意圖 如圖 22 所示：設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設(shè)占空比為 D= t1 / T，則電機的平均速度為 Va = Vmax * D，其中 Va 指的是電機的平均速度； Vmax 是指電機在全通電時的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。由上面的公式可見，當(dāng)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 Vd，從而達到調(diào)速的目的 [8]。嚴(yán)格來說，平均速度 Vd 與占空比 D 并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是 在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。 PWM 調(diào)速方法 采用定時器做為脈寬控制的定時方法。如果采用軟件延時方法，此方法在精度上不及定時器，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。 PWM 控制流程圖 在本設(shè)計中 PWM 脈沖調(diào)制的控制流程見圖 23。 生產(chǎn)實習(xí)報告 5 圖 23 PWM 脈沖調(diào)制的控制流程圖 各模塊作用 本設(shè)計主要模塊由命令輸入模塊、電機驅(qū)動模塊、獨立鍵盤模塊、測速系統(tǒng)模塊。命令輸入模塊主要是由 S TC89C51 為核心產(chǎn)生 PWM 波形，改變輸出電壓從而控制直流電機的轉(zhuǎn)速。電機驅(qū)動模塊是用來驅(qū)動直流電機。獨立鍵盤模塊是控制電機停、轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)、加速、減速。測速系統(tǒng)模塊在本設(shè)計采用的是紅外傳感器（由紅外線發(fā)射管、紅外線接收管構(gòu)成的紅外計數(shù)電路）組成的能把直流電機實時轉(zhuǎn)速反饋給單片機。 3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本設(shè)計硬件模塊主要采用 S TC89C51 控制模塊、 L298 電機驅(qū)動模塊、獨立鍵盤控制模塊、測速系統(tǒng)模塊。 單片機控制模塊 直流電機調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊圖 。 生產(chǎn)實習(xí)報告 6 圖 直流電機調(diào)速系統(tǒng)的 設(shè)計仿真圖 這里利用定時計數(shù)器讓單片機 P3口的 引腳輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動芯片 L298 放大后控制直流電機。驅(qū)動芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差，在調(diào)速時一根引腳線為低電平，另一個引腳產(chǎn)生調(diào)速方波，這樣兩個引腳的電壓差就可通過控制其中一個引腳來控制。當(dāng)需要改變電機轉(zhuǎn)動方向時，兩個引腳的輸出相反。 定時計數(shù)器 10us 中斷一次，就使 產(chǎn)生一個高電平或低電平。占空比為高電平脈沖個數(shù)占一個周期總脈沖個數(shù)的百分?jǐn)?shù)。一個周期加在電機兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。 電機的平均速度等于在一定的占空比下電機的最大速度乘以占空比。當(dāng)我們改變占空比時，就可以得到不同的電機平均速度，從而達到調(diào)速的目的。精確的講，平均速度與占空比并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似看成線性關(guān)系。 STC89C51 的簡介 在常用的 89 系列的單片機中， 51 系列只有 4K 字節(jié)的在系統(tǒng)可編程 F lash存儲器， 128 字節(jié) RAM。 S TC89C51 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 F lash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 F lash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CP U 和在系統(tǒng)可編程 F lash，它是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，操作方便，引腳也充足，而且 S TC89C51，支持 ISP 串口下載，使得 STC89C51 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 生產(chǎn)實習(xí)報告 7 STC89C51 主要性能 圖 STC89C51 引腳圖 STC89C51 主要功能特性如下： 1． 兼容 MCS51 指令系統(tǒng)； 2． 8k 可反復(fù)擦寫 (大于 1000 次） Flash ROM； 3． 32 個雙向 I/O 口； 4． 256x8bit 內(nèi)部 RAM； 5． 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷； 6．時鐘頻率 024MHz； 7． 2 個串行中斷，可編程 UART 串行通道； 8． 2 個外部中斷源，共 8 個中斷源； 9． 2 個讀寫中斷口線， 3 級加密位； 10． 低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能； 11．有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式。 我們通過編寫程序來控制單片機執(zhí)行相應(yīng)的指令，從而實現(xiàn)對指定電路的控制。 STC 89C52 編程前，要設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號， 編程方法如下： 。 。 。 ，將 EA/Vpp 端加上 +12V 編程電壓。 F lash 存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個 ALE/PROG 編程脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身 定時的，通常約為 。重復(fù) 1— 5 步驟，改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，直到全部文件編程結(jié)束。 生產(chǎn)實習(xí)報告 8 電機驅(qū)動模塊 電機驅(qū)動模塊采用的是 L289 芯片。 L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N，內(nèi)部同樣包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路。可以方便的驅(qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。 L298N 芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的 IO 口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。 L298 內(nèi)部的原理圖如圖 32。 圖 32 L298 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 芯片 L298N 驅(qū)動模塊采用專用芯片 L298N 作為電機驅(qū)動芯片， L298N 是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，其響應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個直流電機。以下為 L298N 的引腳圖和輸入輸出關(guān)系表。 圖 L298 功能圖 L298 的 管腳接到單片機通過 對單片機的編程就可實現(xiàn)直流電機的PWM 調(diào)速控制。 生產(chǎn)實習(xí)報告 9 晶振 作用：給單片機正常工作提供穩(wěn)定的時鐘信號。 圖 晶振 判斷方法： 1）用萬用表 10k 檔測其兩腳間阻值，應(yīng)為無窮大，說明它首先不漏電； 這個辦法對金屬封裝電阻準(zhǔn)確性達百分之九十 九，塑封晶振百分之七八十。 2）將晶振放在它的工作電路上，再用頻率表或示波器測其工作頻率；這個辦法絕對精確。 3） 對已知正常電路用代替法將其代替，看能否正常工作，這是個笨辦法，但卻很有效。 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 Proteus 和 keil 軟件介紹 Proteus 軟件 Proteus 軟件 是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟件 中國 總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖