【導(dǎo)讀】本文介紹一種基于MC51單片機(jī)控制的PWM直流電機(jī)脈寬調(diào)速系統(tǒng)，直流電機(jī)進(jìn)行工作范圍內(nèi)調(diào)速。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，對電路進(jìn)行總體方案論證設(shè)。個模塊的方案論證和參數(shù)設(shè)置。整個系統(tǒng)利用51單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生10K. 智能化、自動化水平，為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供可能。

　　

【正文】 下介紹的電路 ,可以使用任何一種具有富裕 7個 I/O口線來實(shí)現(xiàn) 21個按 鍵的鍵盤和四個七段數(shù)碼管的控制電路。 我們選用價(jià)廉物美的 74LS164 串入并出移位寄存器芯片來擴(kuò)展這個電路 ,分別與鍵盤和 6 個七段數(shù)碼管顯示器連接 ,74LS164(1)的串行輸入端與單片機(jī)相連 ,時(shí)鐘端分別與另一 I/O 口連接 ,單片機(jī)通過輸入端向74LS164發(fā)送字段碼 ,經(jīng)移位轉(zhuǎn)換后驅(qū)動 LED的字段 ,同時(shí) ,單片機(jī)通過串行輸入端向 74LS164(2)發(fā)送鍵盤掃描代碼和 LED 的位選代碼 ,鍵盤的列掃描代碼由 74LS164(2)的數(shù)據(jù)輸出端提供 ,位選信號經(jīng)過驅(qū)動器(三極管或驅(qū)動門電路 )驅(qū)動各位 LED,鍵盤的的三條行線直接由單片機(jī)的 I/O 口提供 ,向鍵盤掃描線分時(shí)提供掃描代碼 . 圖 338 鍵盤控制電路圖 鍵盤共有 21個按鍵 ,我們可以定義為 09十進(jìn)制的數(shù)字鍵 ,還有 11個按鍵我 們設(shè)置為功能鍵 ,其中前四個鍵分別為四個 LED 的控制工作鍵，后面七個鍵分別實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的各項(xiàng)功能， “加速”，“減速”，“停止”，“正轉(zhuǎn)”，“反轉(zhuǎn)”?！八俣仍O(shè)定”，“電流設(shè)定”。最最后鍵盤有引腳與單片機(jī)的 P1 個端口相連。 鍵值識別采用掃描方式即可獲得 ,分時(shí)向74LS164(2)發(fā)送鍵控碼 ,使其一輸出為低 ,然后逐個判斷三個行線的電平 ,即可識別出哪個按鍵按下 .逐個進(jìn)行識別 ,直到把 21 個按鍵全部掃描完畢 .然后 ,單片機(jī)向 74LS164(1)發(fā)送需要顯示的字段碼 ,同時(shí)向 74LS164(2)發(fā)送分時(shí)選位通信號 ,使 6 個 LED 位分 時(shí)選通 ,驅(qū)動 LED 發(fā)光 . 需要注意的是 ,由于鍵掃描或顯示驅(qū)動均采用串行的方式向 74LS164發(fā)送字段碼信號 ,耗時(shí)比采用并行的方式較長 ,所以單片機(jī)使用的時(shí)鐘頻率不能太低 ,否則掃描的結(jié)果會出現(xiàn) LED 閃爍現(xiàn)象 ,效果不佳 ,同時(shí)考慮到單片機(jī)仍要處理其它程序 ,采用的時(shí)鐘頻率以達(dá)到工程要求為準(zhǔn) . 程序流程圖 系統(tǒng)程序?yàn)橐粋€主程序（包括若干功能模塊），中斷子程序，以及若干個子程序，共計(jì)三大部分構(gòu)成。按照任務(wù)的定義，每個功能模塊都能完成某一明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)具體的某個功能，如測量、計(jì)算、顯示、 鍵盤掃描、輸出控制等。本設(shè)計(jì)的總程序設(shè)計(jì)流程圖及其部分主要子程序流程圖。如圖 41系統(tǒng)總體流程圖，如圖 42 PWM輸出子程序流程圖， 圖 43A/D08009據(jù)采集流程 圖 41 系統(tǒng)總體程序流程圖 開始 正轉(zhuǎn)鍵按下 調(diào)節(jié) PWM 設(shè)置為正電壓 調(diào)節(jié) PWM 設(shè)置為負(fù)電壓 速度設(shè)定鍵設(shè)定 反轉(zhuǎn)鍵按下 電流設(shè)定鍵設(shè)定 SHEDINGSHEDING 加速鍵按下 減速鍵按下 減去現(xiàn)在速度等于零 減去現(xiàn)在電流等于零 調(diào)節(jié) PWM 脈寬 N N N Y Y Y N 大于零 Y N N Y 加大占空比 減小占空比 小于零 Y Y Y 終止 圖 42 PWM 輸出流程圖 開始 占空比為50% 定時(shí)器加 定時(shí)器減 調(diào)節(jié)占空比 結(jié)束 圖 43 A/D0832 數(shù)據(jù)采集流程 圖 圖 43 A/D0809 據(jù)采集流程 開始 啟 ADC0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 延時(shí)等待 AD 轉(zhuǎn)換 將結(jié)果轉(zhuǎn)換成顯示代碼 調(diào)用顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果子程序 讀取 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果 主要程序設(shè)計(jì)分析 定時(shí)器 0 中斷服務(wù)函數(shù) void timer0(void) interrupt 1 using 2 { TR0=0。 Pro_Count++。 輪轉(zhuǎn)次數(shù)加 1 if (Pro_CountCycle) Pro_Count=1。 if (Pro_Count=Pro_High) 輸出高電平 Pwm_Out=0。 else Pwm_Out=1。 TH0=Th0。 重載定時(shí)器初始值 TL0=Tl0。 TR0=1。 } 占空比調(diào)節(jié)函數(shù) void Pwm_Set(uchar x) {switch(x) { case 0:break。 case 1: if(Pro_High=900) Pro_High=Pro_High+100。 占空比加 100 break。 case 2: if(Pro_High=990) Pro_High=Pro_High+10。 占空比加 10 break。 case 3:if(Pro_High=999) Pro_High++。 占空比加1 break。 case 4:if(Pro_High=100) Pro_High=Pro_High100。 占空比減 100 break。 case 5:if(Pro_High=10) Pro_High=Pro_High10。 占空比減 10 break。 case 6:if(Pro_High0) Pro_High。 占空比減 1 break。 } } PID控制算法程序如下： void pid— control(int motor_speed— set， unsigned char P， unsigned char i， unsigned char d) { int E， tempMOTOR— Speedl， tempMOTOR— Speed2， tempMOTOR— Speed3； unsigned char duty； E=motor— speed— set— MOTOR— Speed； while(E!0amp。amp。MOTOR— On) 一 { E=motor_speed_set— MOTOR— Speed；／／求誤差 tempMOTOR— Speed2=MOTOR— Speed； duty=P*E+i*tempMOTOR— Speedl+d RtempMOTOR— Speed3；／／占空比表達(dá)式 DUTY=duty；／／ output for the motor duty tempMOTO艮 Speedl=MOTOR— Speed+E；／／ SIGMA(E)／／ 誤差積分 tempMOTOR— Speed3= MOTOR— Speed； tempMOTOR— Speed3=tempMOTOR— Speed2一 tempMOTOR_Speed3；／／DELTA(E)／／誤差微 分 5．結(jié)論 本論文通過通過系統(tǒng)的軟件與硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了利用 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)生的 PWM 波來對直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，系統(tǒng)可以在直流電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊的平滑調(diào)速，并且可以任意設(shè)定其速度，系統(tǒng)應(yīng)用 PTD 算法對直流電機(jī)實(shí)行過電流保護(hù)和穩(wěn)定運(yùn)行。但是由于系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)過于復(fù)雜，本論文只是列去了部分程序，而整體并沒有實(shí)現(xiàn)仿真。另外由于水平有限，系統(tǒng)肯定還有諸多不合理和需要改進(jìn)之處。 經(jīng)過兩個多月對畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的學(xué)習(xí)研究、設(shè)計(jì)調(diào)試和論文撰寫，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)圓滿結(jié)束。作為一個電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué) 生，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)偏重自動控制方向的設(shè)計(jì)，由于強(qiáng)電和電機(jī)工作原理等方面知識、經(jīng)驗(yàn)較為匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，幸好有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的給予我無私的幫助，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠些許的成果呈現(xiàn)給大家，兩個多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)我感觸很多。 首先，我要感謝的是畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師郭三明老師，他給于我畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的最大自由性和畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大信任性，他總是盡最大的努力給予我畢業(yè)設(shè)計(jì)上各個方面的指導(dǎo)，并且?guī)椭彝瓿?PID 的轉(zhuǎn)速與電流環(huán)設(shè)計(jì)，使我從他身上學(xué)到了認(rèn)真、負(fù)責(zé)，這是我兩個多月畢業(yè)設(shè)計(jì)所收獲的最大知識和工作的態(tài)度。 其次，我一起合作過的電氣專業(yè)的同學(xué)，在我兩個多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間遇到過很多我以前沒有學(xué)過的知識，他們都給予我無私的幫助，有時(shí)候甚至花一整天的時(shí)間和我一起解決遇到的問題，他們的幫助是我畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成的關(guān)鍵。 第三，我的同專業(yè)的同學(xué)，在開始進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我在軟件 Protel 和Proteus 設(shè)計(jì)方面遇到的很多問題都是在他們的幫助下完成的。 最后，我要感謝給于我提供設(shè)計(jì)調(diào)試器材、場地的電氣實(shí)驗(yàn)室，感謝幫我打下四年專業(yè)知識的老師，四年的專業(yè)知識的積累，是我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)最重要的 部分。感謝那些給于過我?guī)椭?、支持、信任的老師等? 畢業(yè)設(shè)計(jì)只是人生中一個短暫的結(jié)束，老師、同學(xué)給于我的知識、啟發(fā)、教誨和友誼是我在步入社會后最為重要的財(cái)富。 [1] 姚洪江 .基于全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)地研究 .： //，202106/202106. [2] 劉剛力 .全數(shù)字化雙閉環(huán)可逆直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)研究 .: //，202106/202106. [3] 張方 .電機(jī)及拖動基礎(chǔ) .北京 :中國電力出版社 ， 2021 年 4 月 . [4] 楊紅玉，趙冬梅 .利用 PCI1780 實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī) PWM 調(diào)速 .機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 ， 2021， 02. [5] 王志良 .電力電子新器件及其應(yīng)用技術(shù) .北京： 國防工業(yè)出版社， 1995年 . [6] 吳守箴，戚英杰 .電氣傳的脈寬調(diào)制控制技術(shù) .北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 . [7] 賈玉瑛，王臣 .基于單片機(jī)控制的 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng) .包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào) ， 2021 年 . [8] 康華 光 ， 鄒壽彬 .電子技術(shù)基礎(chǔ) (數(shù)字部分第四版 ).北京： 高等教育出版社 ， 2021 年 . [9] 三恒星科技 .MCS 51 單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例 .北京： 電子工業(yè)出版社，2021 年 1 月 . [10] International Rectifier. FGA25N120 Data Sheet. : //. .. [11] 張波 .SG3525A 控制的直流電機(jī)脈寬調(diào)速裝置 .電氣制造， 2021 年第七期 . [12] 常海，李廣東 .IR2110 在 IGBT 交流調(diào)壓控制電路中的應(yīng)用 .電子元器件的應(yīng)用，第 2 期 10 卷 . [13] International Rectifier. FR107 Data Sheet. : //. .. [14] Boudreaux R R， Nelms R M， Hung John Y. Simulation and Modeling of a DC – DC converter controlled by an 8 – bit microcontroller. ， 1997. [15] 楊岳峰，張奕黃 .IGBT 的瞬態(tài)保護(hù)和緩沖電路 [J] .電機(jī)電器技術(shù)，2021， (3). [16] 李先祥，冼凱儀 .基于 PWM 控制的直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， (3). [17] 何鳳有，等 .IGBT 模塊的驅(qū)動和保護(hù)技術(shù) [J].電器開關(guān)， 2021， (4). [18] International Rectifier. IR2110 /IR2113 Data Sheet. : //. . [19] 孫鴻祥，鄭丹，祝典 .基于 IR2110 的驅(qū)動電路應(yīng)用和設(shè)計(jì)技巧 .科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2021 年 35 期 . [20] 浦龍梅，李私 .單片機(jī)控制的直流 PWM 調(diào)速裝置的研究 .變頻器世界， 2021 年 3 月 . [21] International Rectifier TLP250 Data Sheet. : //. cm.. [22] International Rectifier PC817 Data Sheet. : //. cm. [23] 李學(xué)禮 .基于 Proteus 的 8051 單片機(jī)實(shí)例教程 .北京： 工業(yè)出版社，2021 年 6 月 .