直流电机PWM波调速的设计与制作实验报告

单片机原理与应用课程设计报告直流电机PWM波调速的设计与制作要求：一、功能要求1、实现利用PWM波控制直流电机的转速；2、用数码管显示PWM波的输出占空比；3、用数码管显示直流电机的转速标志；4、实现对直流电机的速度调制；二、设计过程要求1、查阅资料确定设计方案；2、对设计方案进行仿真验证；3、选择合适的元器件，搭建电路实验验证效果；4、画出PCB图；5、书写设计报告；6、答辩。三、设计报告要求设计报告主要包括：题目、内容和要求、总体方案和设计思路、仿真电路图、软件设计、仿真调试效果、实验测试效果图、PCB图、心得体会。姓名： 谭德兵学号：1886100112 专业：电子科学与技术班级：10级01班 成绩：评阅人： 安徽科技学院理学院物电系一、 实验设计目的 1、掌握脉宽调制的方法；2、用程序实现脉宽调制，并对直流电机进行调速控制；3、学习用LM339内部四个电压比较器产生锯齿波、直流电压、PWM脉宽；4、掌握脉宽调制PWM控制模式；5、掌握电子系统的一般设计方法；6、培养综合应用所学知识来指导实践的能力；7、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法进一步掌握制版、电路调试等技能。二、 实验设计设备单片机开发板，单片机最小系统 ，驱动器，直流电机，连接导线等三、 实验设计原理1) 设计总体方案 总体设计模块1、 STC89C52本设计运用单片机芯片STC89C52，通过控制单片机输出引脚P1.7输出的高低电平的延时时间长短来达到控制电机的目的,运用单片机定时器/计数器1对光电编码盘产生的冲进行计数，将所得到的数值送到P0口显示。 8051单片机引脚描述电源引脚Vcc和Vss : Vcc：电源端，接5V，Vss：接地端。 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2： XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。地址锁存允许ALE：系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。 外部程序存储器读选通信号PSEN：PSEN是外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。 程序存储器地址允许输入端EA /VPP ： 当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当 PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。复位信号RST：该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。 输入/输出端口引脚P0，P1，P2和P3：P0口（P0.0P0.7）：该端口为漏极开路的8位准双向口，它为外部低8位地址线和8位数据线复用端口，驱动能力为8个LSTTL负载。P1口（P1.0P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。P2口（P2.0P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口的驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问外部程序存储器时，作为高8位地址线。P3口（P3.0P3.7）：为内部带上拉电阻的8位准双向 I/O口，P3口除了作为一般的I/O口使用之外，每个引脚都具有第二功能。2、 驱动电路(1) 、本实验用的是达林顿反相驱动器ULN2803; ULN2803: 达林顿反相驱动器。(元件图) ULN2803: 达林顿反相驱动器八路NPN达林顿连接晶体管阵系列特别适用于低辑电平数字电路（诸如TTL, CMOS或PMOS/NMOS）和较高的电流/电压要求之间的接口，广泛应用于计算机，工业用和消费类产品中的灯、继电器、打印锤或其它类似负载中。所有器件具有集电极开路输出和续流箱位二极管，用于抑制跃变。ULN2803的设计与标准TTL系列兼容，而ULN2804最适于6至15伏高电平CMOS或PMOS。主要特点：达林顿管驱动器包含8个NPN达林顿管高耐压，大电流器件编号:ULN2803封装类型:AP=DIP18,AFW=SOL18无铅/RoHS认证输出击穿电压: 50(V)输出电流: 500(mA)输入电阻 :2.7k()推荐输入电压:5(V)温度范围:-40+85包装规格:AFW:Tape&Reel|不要超过每个驱动器的电流的限制13锁存器连接及数码管显示电路（1）、74HC573锁存器本实验利用此锁存器控制数码管的位选和段选；74HC573: 八进制 3 态非反转透明锁存器OE120VCC1D2191Q2D3182Q3D4173Q4D5164Q5D6155Q6D7146Q7D8137Q8D9128QGND1011LE1脚三态允许控制端低电平有效1D8D为数据输入端1Q8Q为数据输出端LE为锁存控制端 74HC573 74HC573引脚图特性：高性能硅门 CMOS 器件SL74HC573 跟 LS/AL573 的管脚一样。器件的输入是和标准 CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。u36755X出能直接接到 CMOS，NMOS 和 TTL 接口上u25805X作电压范围：2.0V6.0V;u20302X输入电流：1.0uACMOS 器件的高噪声抵抗特性（2）、数码管显示 本实验用的是7SEG-MPX6-CC型号数码管； 数码管的第一位显示的是电机转速标识，第二、三位显示的是PWM波的占空比；4. 按键电路加速按键、减速按键分别接单片机的P3.6和P3.7口以达到控制电机转速的目的；两按键接到单片机上都是低电平有效；2) 实验设计思路（1）PWM波PWM(Pulse Width Modulation)简称脉宽调制。即通过改变输出脉冲的占空比，实现对直流电机进行调速控制。PWM 一种按规律改变的脉冲序列的脉冲宽度，调节输出量和波形的一种调制方式，常用的是矩形波PWM信号，在控制时需要调节PWM波的占空比。占空比是指高电平（VH）持续时间在一个周期内的百分比。控制电机转速时，占空比越大，速度越快,占空比达到100%，速度最快。通过控制单片机上输出不同占空比的PWM波信号来控制直流电机的转速。实验线路图：3) 实验元器件AT89C52、74HC573锁存器、ULN2803达林顿反相驱动器、直流电机、电阻、电源（VCC）、数码管（7SEG-MPX6-CC）四、 实验设计程序 (一)、程序流程图（二）、程序源代码（C语言）#include#define uchar unsigned charsbit dula=P26; /数码管显示段选i/0口定义sbit wela=P27; /数码管显示位选I/O口定义sbit dianji=P17; /控制电机I/O口定义sbit jia_key=P36; /加速键sbit jian_key=P37; /减速键uchar num=0,show_num=1,gao_num=1,di_num=3;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /数码管显示数据表void delay(uchar i) /延时程序 uchar j,k; for(j=i;j0;j-) for(k=500;k0;k-); void display() /数码管显示函数 dula=0;P0=tableshow_num;dula=1;dula=0;P0=0xfe;wela=1;wela=0;delay(5);P0=tablegao_num;dula=1;dula=0;P0=0xfd;wela=0;wela=1;delay(5);P0=tabledi_num;dula=1;dula=0;P0=0xfb;wela=0;wela=1;delay(5);P0=table0;dula=1;dula=0;P0=0x3f;wela=0;wela=1;delay(5);void key() /按键检测处理函数 if(jia_key=0) delay(5); /消抖 if(jia_key=0) num+; /加速键按下速度标志加1if(num=4)num=3; /已经达到最大3，则保持while(jia_key=0); /等待按键松开 if(jian_key=0) delay(5); if(jian_key=0) if(num!=0) /减速键按下，速度标志减1 num-;else num=0; /已经达到最小0，则保持 while(jian_key=0); void dispose() /根据速度标志进行数据处理 switch(num) case 0: show_num=1; /数码管第一位显示数据 gao_num=1; /PWM信号中高电平持续时间标志1 di_num=3; /PWM信号中低电平持续时间标志3，此时速度最慢 break; case 1: show_num=2; gao_num=2; di_num=2; break; case 2: show_num=3; gao_num=3; di_num=1; break; case 3: show_num=4; gao_num=4; di_num=0; /此时速度最快 break; void qudong() /控制电机程序 uchar i;if(di_num!=0) for(i=0;idi_num;i+) dianji=0; /实现PWM信号低电平输出 display(); /利用显示函数其延时作用，也不影响数码管 for(i=0;igao_num;i+) dianji=1; /实现PWM高电平输出 display(); void main() while(1) dianji=0; key(); dispose(); qudong(); 五、 实验操作（1）、利用实验时提供的单片机应用系统及直流电机驱动电路板，编制控制程序实现直流电机PWM调速控制。（2）、连接实验电路，观察PWM调控速度控制，实现加速、减速调速控制。实验硬件连接图（ISIS 7 Professional）在单片机上验证的实物连接图 实验PCB图六、 实验设计心得体会通过一学期的单片实验，学到了很多有用的东西。特别是单片机综合实验，让我对单片机和c语言程序设计都有了新的理解。 首先，对MCS-52单片机的工作原理和具体的功能实现有了一个更高的认识。对于硬件电路，以前只是大概了解，实验后，对单片机的各个端口，寄