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基于at89s52單片機(jī)直流電機(jī)pwm控制系統(tǒng)畢業(yè)論文-在線(xiàn)瀏覽

2025-05-01 08:40本頁(yè)面
  

【正文】 ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附錄 ................................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附錄 2 .......................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。而以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡(jiǎn)單的控制,很難進(jìn)行調(diào)速,不能實(shí)現(xiàn)智能化。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,改變了世界,也改變了人類(lèi)的生活。 在實(shí)際應(yīng)用中,電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備,一是要具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率;二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。因此,調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類(lèi):勵(lì)磁控制閥與電樞電壓控制法。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,創(chuàng)造了許多新的電樞電壓控制方法。其基本原理是用改變電機(jī)電樞電壓的接通和斷開(kāi)的時(shí)間比(即占空比)來(lái)控制馬達(dá)的速度,在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中當(dāng)電機(jī)通電時(shí),其速度增加,電機(jī)斷電時(shí)其速度降低。 單片機(jī)以及微處理器 控制系統(tǒng)的發(fā)展 單片微型計(jì)算機(jī)的誕生是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)新的里程碑。直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速性能、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)顯得十分重要,為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求,單閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)檔次的不斷提高,功能的不斷完善,單片機(jī)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化、智能化等方面,特別是在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中。所以選用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可行性。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,微處理器已經(jīng)廣泛使用于直流傳動(dòng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。所以,全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng) 大大提高。 微處理器誕生于上個(gè)世紀(jì)七十年代,隨著集成電路大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展,微處理器的性?xún)r(jià)比越來(lái)越高。為微處理器普遍用于控制電機(jī)提供了可能,利用微處理器控制電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略,使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮,使電機(jī)的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求,還促進(jìn)了電機(jī)生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進(jìn)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電 動(dòng)機(jī)等便于控制且實(shí)用的新型電機(jī),使電機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。現(xiàn)在帶微處理器的可編程控制器,已經(jīng)在各種的機(jī)床設(shè)備和各種的生產(chǎn)流水線(xiàn)中普遍得到應(yīng)用,通過(guò)對(duì)可編程控制器進(jìn)行編程就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的規(guī)律化控制。通過(guò)微處理器控制,可使電機(jī)的性能有很大的提高。高性能的微處理器如 DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR 即數(shù)字信號(hào)處理器 )的出現(xiàn),為采用新的控制理論和控制策略提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ),使電機(jī)傳動(dòng)的自動(dòng)化程度大為提高。 2 系統(tǒng)論述 2. 1 設(shè)計(jì)背景 近年來(lái),隨著科技的進(jìn)步,電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,直流電機(jī)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。過(guò)載能力大 ,能承受頻繁的沖擊負(fù)載 ,可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn) 。 2. 2 設(shè)計(jì)思路 直流電機(jī) PWM 控制 系 統(tǒng)的主要功能包括 :實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的加速 、 減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急停,并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速,能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。 這部分電路主要由 AT89S52 單片機(jī)的 I/O 端口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等控制直流電機(jī)的加速 、 減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速,能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。 該 直流電機(jī) PWM 控制 系統(tǒng)由以下電路模塊組成: 設(shè)計(jì)輸入部分 :這一模塊主 要是利用 帶中斷的獨(dú)立式鍵盤(pán) 來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)直流電機(jī)的加速 、 減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急??刂啤V绷麟姍C(jī)PWM 控制實(shí)現(xiàn)部分主要由一些二極管、電機(jī)和 L298 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。 2. 3 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) 直流電機(jī) PWM 調(diào)速方案 方案說(shuō)明: 直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) 以 AT89S52 單片機(jī)為控制核心, 由命令輸入模塊 、 LED 顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊 組成。 3 PWM 脈寬調(diào)制原理 3. 1 PWM 調(diào)速原理 PWM(脈沖寬度調(diào)制)是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率,改變負(fù)載兩端的電壓,從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。 在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中,按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源,并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期 內(nèi) “接通 ”和 “斷開(kāi) ”時(shí)間的長(zhǎng)短。也正因?yàn)槿绱耍?PWM 又被稱(chēng)為 “開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置 ”。 由上面的公式可見(jiàn),當(dāng)我們改變占空比 D=t1/T 時(shí),就可以得到不同的電 機(jī)平均速度 Vd,從而達(dá)到調(diào)速的目的。 3. 2 PWM 調(diào)速方法 基于單片機(jī)類(lèi)由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) PWM:在 PWM 調(diào)速系統(tǒng)中占空比 D 是一個(gè)重要參數(shù)在電源電壓 dU 不變的情況下,電樞端電壓的平均值取決于占空比 D 的大小,改變 D 的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達(dá)到調(diào)速的目的。 B、調(diào)寬調(diào)頻法:保持 t 不變,只改變 1t ,這樣使周期 (或頻率 )也隨之改變 [。 前兩種方法在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期 (或頻率 ),當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí),將會(huì)引起振蕩,因此常采用定頻調(diào)寬法來(lái)改變占空比從而改變直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓。 PWM 實(shí)現(xiàn)方式 方案一:采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式,這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確,誤差只在幾個(gè) us。故采用方案一。驅(qū)動(dòng)芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差,在調(diào)速時(shí)一根引腳線(xiàn)為低電平,另一個(gè)引腳產(chǎn)生調(diào)速方波,這樣兩個(gè)引腳的電壓差就可通過(guò)控制其中一個(gè)引腳來(lái)控制。 定時(shí)計(jì)數(shù)器若干時(shí)間( 1us)中斷一次,就使 或 產(chǎn)生一個(gè)高電平或低電平。占空比為高電平脈沖個(gè)數(shù)占一個(gè)周期總脈沖個(gè)數(shù)的百分?jǐn)?shù)。占空比越大,加在電機(jī)兩端的電壓越大,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快。當(dāng)我們改變占空比時(shí),就可以得到不同的電機(jī)平均速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。 4. 2 AT89S52 的簡(jiǎn)介 4. AT89S52 主要性能 AT89S52 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Flash 存儲(chǔ)器。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容; 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器; 1000 次擦寫(xiě)周期;全靜態(tài)操作: 0Hz~ 33Hz;三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器; 32 個(gè)可編程 I/O 口線(xiàn);三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器;八個(gè)中斷源;全雙工 UART 串行通道;低功耗空閑和掉電模式;掉電后中斷可喚醒;看門(mén)狗定時(shí)器;雙數(shù)據(jù)指針;掉電標(biāo)識(shí)符。 VSS: 電源地端。 XTAL2: 系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端,一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了,此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容,可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定,避免噪聲干擾而死機(jī)。 EA/Vpp: EA為英文 External Access的縮寫(xiě),表示存取外部程序代碼之意,低電平動(dòng)作,也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后,系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼(存于外部EPROM 中)來(lái)執(zhí)行程序。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí),此引腳要接成高電平。 ALE/PROG: ALE 是英文 Address Latch Enable的縮寫(xiě),表示地址鎖存器啟用信號(hào)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí) ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6,因此可以用來(lái) 驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。 PSEN: 此為 Program Store Enable的縮寫(xiě),其意為程序儲(chǔ)存啟用,當(dāng) 8051 被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)( EA=0),會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼,通常這支腳是接到 EPROM 的 OE 腳。 PORT0( ~ ): 端口 0 是一個(gè) 8 位寬的 開(kāi)路汲極( Open Drain)雙向輸出入端口,共有 8個(gè)位, 表示位 0, 表示位 1,依此類(lèi)推。如果當(dāng) EA 引腳為低電平時(shí)(即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器), P0 就以多工方式提供地址總線(xiàn)( A0~ A7)及數(shù)據(jù)總線(xiàn)( D0~ D7)。 PORT2( ~ ): 端口 2 是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口,每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 4 個(gè) LS的 TTL 負(fù)載,若將端口 2的輸出設(shè)為高電平時(shí),此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。 PORT1( ~ ): 端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口,其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4個(gè) LS TTL 負(fù)載,同樣地若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平,便是由 此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。 PORT3( ~ ): 端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口,其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4 個(gè)TTL 負(fù)載,同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能,包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋? : TXD,串行通信輸出。 : INT1,外部中斷 1輸入。 : T1,計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 1輸入。 : RD,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在 FLASH 編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈 沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外,該引腳被略微拉高。 /PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時(shí), /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET;當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí),此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 4. AT89S52 的內(nèi)部資源 AT89S52 有 6 個(gè)中斷源:兩個(gè)外部中斷( INT0 和 INT1),三個(gè)定時(shí)中斷(定時(shí)器 0、 2)和一個(gè)串行中斷。 IE 還包括一個(gè)中斷允許總控制位 EA,它能一次禁止所有中斷。 16 位是指他們都是由 16 個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成,故最大計(jì)數(shù)模值為 1216? 。這種控制功能是通過(guò)定時(shí)器方式控制器 TMOD 來(lái)完成的。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以 64K 尋址。對(duì)于 89S52,如果 EA 接 VCC,程序讀寫(xiě)先從內(nèi)部存儲(chǔ)器(地址為 0000H~ 1FFFH)開(kāi)始,接著從外部尋址,尋址地址為: 2021H~FFFFH。高 128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。當(dāng)一條指令訪(fǎng)問(wèn)高于 7FH 的地址時(shí),尋址方式?jīng)Q定 CPU 訪(fǎng)問(wèn)高 128 字節(jié)RAM 還是 特殊功能寄存器空間。例如,下面的直接尋址指令訪(fǎng)問(wèn) 0A0H( P2口)存儲(chǔ)單元 MOV 0A0H , data 使用間接尋址方式訪(fǎng)問(wèn)高 128 字節(jié) RAM。 MOV R0 , data 堆棧操作也是簡(jiǎn)介尋址方式。 4. 3 L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 4. L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介 L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品, L298N 為 15 個(gè)管角的單塊集成電路,高電壓,高電流,四通道驅(qū)動(dòng),設(shè)計(jì)用 L298N 來(lái)接收 DTL或者 TTL邏輯電平,驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(比如繼電器,直流和步進(jìn)馬達(dá) )和開(kāi)關(guān)電源晶體管。 L298N 可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制,無(wú)須隔離電路,可以驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)。IN1 與 IN2 相 同時(shí) ,電機(jī)快速停止。 在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中,半導(dǎo)體功率器件 (L298)在使用上可以分為兩種方式:線(xiàn)性放大驅(qū)動(dòng)方式和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式在線(xiàn)性放大驅(qū)動(dòng)方式。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),通過(guò)脈調(diào)制( PWM)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的電壓,從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片,晶片的一端附在一個(gè)支架上,一端是負(fù)極,另一端連接電源的正極,使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候,它們之間就形成一個(gè) “PN 結(jié) ”。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色,是由形成 PN光器外,當(dāng)電流激勵(lì)時(shí)能發(fā)射光學(xué)輻射的半導(dǎo)體二極管。 4. LED 七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) 共陰極 共陽(yáng)極 管腳圖 其中:圖( a)為共陰極結(jié)構(gòu), 8 斷發(fā)光二極管的陰極端連接在一起,陽(yáng)極端分開(kāi)控制,使用時(shí)公共端接地,要使哪根發(fā)光二極管,則對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極端接高電平。要使哪根發(fā)光二極管,則對(duì)應(yīng)的陰極端接地。圖“ c”為引腳圖,從 ag 引腳輸入不同的 8 位二進(jìn)制編碼,可顯示不同的數(shù)字或字符。不同數(shù)字或字符其字段碼不一樣,對(duì)于同一個(gè)數(shù)字或字符,共陰極連 接和共陽(yáng)極連接的字段碼也不一樣,共陰極和共陽(yáng)極的字段碼互為反碼。即從段選口送出某位 LED的字型碼,然后選通該位 LED, 并保持一段延時(shí)時(shí)間。 4. 簡(jiǎn)單的程序流程 4. 本系統(tǒng) 中單片機(jī)與 LED的連接 獨(dú)立式 鍵盤(pán)控制模塊 鍵盤(pán)的功能及分類(lèi) 鍵盤(pán)是一種最常用的輸入設(shè)備 ,它是一組按鍵的集合,從功能上可分為數(shù)字鍵和功 能鍵兩種,作用是輸入數(shù)據(jù)與命令,查詢(xún)和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài),實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話(huà)。這兩類(lèi)鍵盤(pán)的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。 ( b)鍵
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