用单片机控制直流电机.doc

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1、用单片机控制直流电动机摘要本设计为单片机控制直流电动机，采用PWM驱动。操作者由键盘控制电动机执行15种功能，并可由L电动机转速显示出控制效果。在实现上，PWM调速采用定频调宽法，系统稳定性较好；电动机输入脉冲的电平转换采用双定时器中断实现，可节省CPU资源；键盘输入采用阵列式输入，用4*4的键盘形式，这样可以有效的减少对单片机I/O口的占用.关键词：PWM定频调宽双定时器中断正文1.系统分析与论证直流电机控制电路单片机控制键盘l系统总体框图motor通过按动15个按键来实现对电动机的正反转，逐步加、减速与分档加减速控制。

2、lPWM调速方法的方案论证tT2：低电平持续时间T1：高电平持续时间T：周期T2T1TUPWM调速原理如图1.1所示图1.1根据改变占空比方法的不同，PWM调速可分为以下三种：(1)定宽调频这种方法是保持T1不变，只改变T2，使周期也随之改变。(2)调频调宽这种方法是保持T2不变，而改变T1，使周期也随之改变。(3)定频调宽这种方法是保持周期T不变，而同时改变T1和T2。前两种方案由于在调速时改变了脉冲频率，故当控制脉冲频率与系统固有频率接近时，将会引起振荡，因此采用定频调宽。lPWM控制信号的产生方案论证PWM控制信号的

3、产生方法有四种，分述如下：(1)分立电子元件组成的PWM信号发生器这种方法是用分立的逻辑电子元件组成PWM信号电路。此方法优点是不用软件设计，但硬件较为庞大。(2)软件模拟法这种方法是利用单片机的I/O引脚，通过软件对该引脚不断输出高低电平来实现PWM信号输入。此种方法虽然要占用CPU，但硬件大为减少。(1)专用PWM集成电路此种芯片的使用可减轻单片机负担，硬件电路也不大。(2)单片机的PWM口新一代的单片机可通过初始化设置，使其自动发出PWM脉冲波，只有在改变占空比时CPU才进行干预。后两种是目前PWM信号获得的主流方案

4、，但考虑到本系统较小，单片机的CPU资源亦未得到充分利用，故采用第二种方案l软件中改变PWM占空比的方案论证(1)软件延时高电平与低电平的持续时间由软件延时，延时时间由寄存在两个寄存器中的数据来控制。此种方法占用单片机内部硬件资源较少，但CPU占用严重。(2)双定时器中断高低电平由定时器定时中断产生。此种方法虽占用单片机内部硬件资源较多，但可节省CPU，且不干扰主程序的执行，便于调试。本系统中采用方案二。2．硬件设计硬件电路由两组成：单片机与键盘控制部分、电动机调速部分单片机与键盘控制部分如图2.1所示：单片机扫描键盘的输

5、入，并将命令传送给LED和电动机，当正转按键按下时，电机正转；当反转按键按下时，电机反转；当逐步加速按键或分档加速按键按下时，电机转速逐步加快或分档加快；当逐步减速按键或分档减速按键按下时，电机转速逐步减慢或分档减慢.15个按键通过单片机来实现对电动机的15种控制。电动机调速部分如图2.2所示：.对称的左右两部分子电路构成该电路，分别控制电机的正反转。当左边光电耦合器导通时，电源通过三极管Q014加在直流电机左端，控制电机正转；反之，当右边光电耦合器导通时，电源通过三极管Q024加直流电机右端，控制电机反转。其中，光耦起隔

6、断强弱电的作用；二极管起续流与保护三极管的作用；电感起起限制冲击电流的作用；电动机两端的电容可防止其两端电压的突变。3．软件设计l软件总体分析通过对按键的扫描检测来判断哪个按键按下，而后完成其对应的15种功能。而在每个功能里面，通过双定时器中断来控制PWM的电平转换。l本系统软件设计的特点：(1)定时器中断控制电动机输入的电平转换。本系统采用两个定时器中断，定时器零用来控制PWM的周期，定时器一用来控制高点平的持续时间。平时单片机执行主程序，当定时器零中断到来时，单片机输出一个高点平给电机并持续一小段时间，而后返回执行主程

7、序；当定时器一中断到来时，单片机输出一个低电平给电机并持续一小段时间，而后返回执行主程序；如此反复。由于定时器的引入，使PWM调速的频率恒定，且节省CPU。(1)查表直接实现跳转当检测到按键按下时，单片机通过查表获知跳转子程序的地址，直接跳转至子程序。l实现功能：15个按键实现的功能如下：1：正转2：反转3：逐步加速4：逐步减速5-A：分档加速B-E：分档减速4．系统实现开始初始化(定时器)扫描键盘(行列式)是否有键按下?去抖动延时根据扫描值查转移表YN返回正转反转停止加速档1~5减速档1~5软件流程图如图2.3所示：主流

8、程图中断服务程序2现场保护置正转口置反转口正转?恢复现场返回中断服务程序1现场保护给定时器0和1赋值正转?置正转口置反转口启动定时器1恢复现场返回YNYN中断服务程序其中，正反转、加减速等子程序实现改变定时器一计数初值，当中断到来时，PWM高电平的持续时间将随之改变。结束语l本系统采用定频调宽的PWM驱