可逆PWM调速驱动控制电路设计报告

1、目录1. 题目32. 题目分析及设计思路介绍3（1）分析3（2）可取的方案43. 方案设计说明54. 单元电路设计说明5（1）、单片机最小系统5（2）、输入输出设备6（3）、H桥驱动7（4）、片上PWM85. 完整电路原理分析8附录1. 单片机程序流程图10附录2. 单片机程序流程图111. 题目设直流电机的额定工作电压为6V，功率为3W，试设计一个可逆PWM调速驱动控制电路，能在0V、5V的方向控制电压和05V的转速控制电压的作用下，使电机正转、反转、加速、减速。电路形式不限，作业具体要求如下：1. 画出电路的系统框图，说明电路方案设计的思路、理由或依据；2. 分单元画出各单元具体的电路图，

2、阐述电路的工作原理，介绍电路中主要元器件的作用及其参数的确定原则或依据；3. 画出完整的电气原理图，介绍整体电路的工作原理；4. 如果采用了单片机，给出单片机程序的流程图和清单，说明程序的工作原理。注：本题难度系数为1.52. 题目分析及设计思路介绍（1）分析电动机实现正反转，可以调换电源正负极和励磁电源正负极，对于永磁直流电动机，只能调换电源正负极，常见的玩具赛车中的就是这种。单片机能给某个IO高电平或低电平，但驱动电机，没有足够的驱动能力（驱动电流小，带负载能力弱），利用三极管组成H桥式电路可以解决驱动及换向的问题。直流电机调速一般采用调电压的方式，常用的方法是PWM调速，PWM名为秒冲宽

3、度调制，可想而知就是调节占空比，STC12C5A60S2片上集成了两个PWM模块，可以实现PWM，另外，用NE555也可以实现PWM。（2）可取的方案H桥式电路方案有集成的和元器件组装的。常用的H桥IC有：L298（双H桥）、L9110H（单H桥）。PWM的方案有：STC12C5A60S2片上集成了PWM模块和NE555占空比可调电路。 NE555占空比可调电路3. 方案设计说明方案选择：H桥电路选择：采用集成的H桥式芯片，相比于元器件组装的H桥式电路，性能跟高，功耗更低，占用面积小，因此选用IC。常用的直流电机只需要单H桥就能完成转向问题，L298N的驱动电流可以达到4A，工作电压可达36V

4、，但芯片价格相对较贵，对于一般小电机而言有点大材小用了，用L9110H同样可以实现，而且工作电压为2.5V-12V，峰值电流高达1.5A，持续电流高达0.8A，足以驱动6V 3W的直流电机，且芯片相对便宜，所以采用L9110H驱动电机。PWM电路选择：NE555能产生占空比可调的方波，实现简单，但方波频率一般不可调（可调需添加滑动变阻器，频率调节范围也小），分立元件也多，而采用STC12C5A60S2片上集成了PWM模块，可以实现频率可调，调频范围宽，占空比可调，分辨率高，为1/256，性能可靠，实现简单，所以采用STC12C5A60S2片上集成了PWM模块。最终采用STC12C5A60S2片

5、上集成了PWM模块+L9110H驱动模块的方案4. 单元电路设计说明（1）、单片机最小系统STC12C5A60S2有61K ROM，不需要外接ROM（没有EA），单片机P0口不用接上拉电阻，与传统51单片机不同，STC12C5A60S2通过设置相应寄存器，可以使P0口有一定驱动能力。STC12C5A60S2单片机最小系统（2）、输入输出设备输入输出设备该设计有两种输入输出设备：按键和LED，按键可采用一般的扫描方式，也可以用中断方式，为了快速相应用户指令，选择用中断方式。然而外部中断只有两个，这里用定时器T0、T1扩展了两个下降沿外部中断，正好实现启停、正反、增速、减速的指令输入。为了更人性化

6、，有相应的Led做出指令提示（D1为电源指示灯，D2为启动指示灯，D3为正向运行指示灯，D4为反向运行指示灯，D5为加速指示灯，D6为减速指示灯）。电源接通，D1亮。当按启动按钮时,D2亮，D3亮，再按一次，D2灭，D3灭，只有电机处于启动状态时，正反、增速、减速的指令输入才有效，相应LED灯才会亮；当处于启动状态，按正反转按钮，电机反转，D3灭，D4亮，再按一次D3亮，D4灭；当按增速按钮时，D5闪烁一下，表示按钮指令有效，当达到最大占空比时，再按增速按钮，D5将不会闪烁，表示已达最大占空比；同样的，减速功能类似增速功能。（3）、H桥驱动基于L9110H的H桥驱动电路IAIBOAOBHLHL

7、LHLHHHLLLLLL真值表当IA为高电平，IB为低电平，电机正转；当IA为低电平，IB为高电平，电机反转。（4）、片上PWM对于L298N有三个控制端，第三个就是使能端，只要PWM波形控制使能端，就可以控制转速，但L9110H只有两个控制端。因此，将方向控制，同速度控制相结合，即两个控制端既控制方向，又控制转速。实现方法：在控制方向的基础上，将高电平输入端，改为PWM波形输入，就可以控制转速；当换方向时，将控制信号交换，就可以了。与L298N的控制方法不同的是：L9110H需要两路PWM控制信号，编程相对复杂些，但控制信号线只要两个，占IO资源少。5. 完整电路原理电路分为4部分：电源、单

8、片机最小系统、输入输出设备、H桥驱动模块，如下图所示。为了检测电路的可行性，将现成的电路模块连在一起，搭建上面的电路，加载程序（程序流程图及程序如附录所示），实现了上述功能，证明了电路的可行性。开始附录1. 单片机程序流程图中断、两路PWM初始化 中断产生了吗？ NO YES是否为电机启动的中断int0 NO YES设置开启标志、正转标志，点亮LED指示灯 中断产生了吗？ NO YES T0中断 T1中断 INT1 中断 INT0 中断判断方向判断方向两路PWM占空比切换（任意时刻有1路PWM占空比为0%）开启标志复位，相应参数复位，电机停转反转正转反转正转PWM1占空比增大PWM0占空比减小

9、PWM1占空比减小PWM0占空比增大 结束 增速 减速附录2. 单片机程序流程图#include STC12C5A.h /STC12C5A60S2头文件，STC官网有下载#include intrins.htypedef unsigned char BYTE;typedef unsigned int WORD;sbit run_led=P00; /运行状态指示灯sbit dir_for_led=P01;/正向运行指示灯sbit dir_back_led=P02;/反向运行指示灯sbit add_led=P03; /加速指示sbit sub_led=P04; /减速调试bit run_flag=

10、0; /运行状态：0：停止 1：运行bit dir_flag=0; /方向标识：0：正转 1：反转 void Delay20ms()/11.0592MHz 精确延时20msunsigned char i, j, k;_nop_();_nop_();i = 1;j = 216;k = 35;dodowhile (-k); while (-j); while (-i);void Init_PWM() /frq=/12/256=3600hzP1.3:PWM0 P1.4:PWM1 CCON = 0; /初始化PCA控制器 CL = 0; /重置PCA时间 CH = 0; CMOD = 0x02; /

11、PCA时钟频率 Fosc/12 CCAP0H = CCAP0L = 0xff; /PWM0输出0%占空比电压 CCAPM0 = 0x42; /PCA 模块0 8位PWM工作方式CCAP1H = CCAP1L = 0xff; /PWM1输出0%占空比电压CCAPM1 = 0x42; /PCA模块1 8位PWM工作方式 CR = 1; /PCA计时开始void Init_Inter() IT0 = 1; / INT0下降沿 EX0 = 1; / INT0中断使能IT1 = 1; / INT0下降沿EX1 = 1; / INT0中断使能void Init_Timer() /定时器扩展为负跳变的外部中

12、断 AUXR = 0xC0; /定时器timer0/timer1 1T 模式 TMOD = 0x66; /定时器timer0/timer1 8位自动重装TL0 = TH0 = 0xff; /扩展为外部中断的关键步骤TL1 = TH1 = 0xff; TR0 = 1; /timer0开始 TR1 = 1; /timer1开始ET0 = 1; / T0中断使能 ET1 = 1; /T1中断使能void main() Init_PWM(); /两路PWM初始化 Init_Inter(); /INT0/INT1初始化Init_Timer(); /T0/T1初始化EA = 1; /开全局中断使能 whi

13、le (1)void exint0() interrupt 0 /外部中断0 电机启停 EA = 0; /关总中断 run_led =run_flag; run_flag=run_flag; if(!run_flag) dir_flag = 0; /方向标志复位 dir_for_led=1;/正向运行指示灯复位 dir_back_led=1;/反向运行指示灯复位 CCAP0H = CCAP0L = 0xff;/占空比复位 0% CCAP1H = CCAP1L = 0xff;/占空比复位 0% else dir_for_led=0;/默认为正向启动 Delay20ms(); /消抖 EA = 1

14、; /开总中断void t0int() interrupt 1 /T0中断 电机方向转换 BYTE temp1,temp2; EA = 0; if(run_flag) dir_flag=dir_flag; /方向选择 dir_for_led =dir_for_led;/指示灯指示 dir_back_led =dir_back_led; temp1=CCAP0H; /方向转换 temp2=CCAP1H;/重新设置两路PWM，启动 CR = 0; CCON = 0; CL = 0; CH = 0; CMOD = 0x02; CCAP0H = CCAP0L = temp2; CCAPM0 = 0x4

15、2; CCAP1H = CCAP1L = temp1; CCAPM1 = 0x42; CR = 1; Delay20ms(); /消抖 EA = 1;void exint1() interrupt 2 /外部中断 1 EA = 0; if(run_flag) /只能在运行状态下才能调速 if(!dir_flag) /判定运行方向 if(0x00!=CCAP0L) /增大占空比 add_led = 0; CCAP0L -=5; CCAP0H =CCAP0L; else if(0x00!=CCAP1L) /增大占空比 add_led = 0; CCAP1L -=5; CCAP1H =CCAP1L; Delay20ms(); /消抖 add_led = 1; EA = 1;voi