PWM脉宽调制的直流电机控制设计--课程设计报告书

1、 皖 西 学 院课程设计报告书系 别：机电系专 业：学 生 姓 名：学号：课程设计题目：PWM脉宽调制的直流电机控制设计起 迄 日 期: 06月 9日 06月22日课程设计地点:微机原理与应用实验室指 导 教 师: 目录第1章 任务分析.3第2章 设计综述.42.1 设计思路.42.2 设计功能. . .4第3章 总体设计.53.1 硬件设计.53.2 软件设计.7第4章 proteus仿真.105.1启停的仿真.115.2加速的仿真.115.3减速的仿真.12第5章 课程设计总结.15参考文献附录1 源程序附录2 元件清单摘要 随着信息技术的高速发展，直流电机调速在生活以及工业生产中担任着越

2、来越重要的作用。因而掌握直流电机调速对我们电气专业的学生非常重要。本文介绍用单片机做控制器产生PWM波来调节直流电机转速。本设计电路采用开环控制电路，具有线路简单、结构可靠、性能较好等特点。第一章 任务分析 本次课程设计是基于PWM脉宽调制的直流电机控制设计，它要求我们能够设计出用D/A输出控制负载直流电机的变化控制电路且设计一个接口电路，在处理器的控制下，能根据开关的状态，产生不同的占空比的脉冲控制输出对象的转速。对于上述要求我们可以选择两种方案来实现。第一种是用PLC来搭载端口、控制接口等再加上数模转换电路实现。第二种是直接使用单片机加上数模转换电路实现。综合考虑我还是选用了第二种方法，因

3、为单片机相对于PLC之类的微机来说具有很大的优势，单片机它是将处理器、中断、定时器等集成成在一起的芯片。使用它不需要外接串口、中断、定时器等芯片。而且单片机编程使用的使C语言或汇编语言更容易我们实现，因为这些课程我们在此之前已经学过了。因此使用单片机作为控制器来实现控制直流电机的转速是较佳的选择。对于PWM脉宽的产生可以使用编程的方法来实现的。先将编好的PWM脉宽程序烧录在单片机中，通过检测按键的状态来调用相应的程序，然后通过D/A转换和放大电路产生一定要求的PWM脉宽，进而调节直流电机的转速。 由于，本课程设计没有对转速的静差率等参数有严格的要求，本着原理简单，电路可靠和编程方便的原则，我们

4、选择了开环调节直流电机的转速。第二章 设计综述 2.1 设计思路 数字信号可以通过数/模转换成模拟信号。因此可通过产生数字信号在转换成模拟信号的方法产生所需的PWM脉宽波形。AT89C51本身就是一个完整的计算机，具有组成微机的个部分部件；中央处理器、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、计数器/定时器及串口中断等。因此只要将AT89C51在配置键盘、数模转换及PWM波形输出即可构成所需的直流调速系统。其原理图1如下：直流电机 图1 原理框图2.2 设计功能（1）本方案采用的是3个独立式按键，分别表示着启动/停止、加速、减速。选择不同的按键对应着不同的功能。如开关按键对应着电

5、机的启动或停止，加速按键能增大PWM波的占空比，减速按键能减小PWM波的占空比。（2）占空比的变化范围为0100%，对应的转速由0r/min585r/min。第3章 总体设计3.1硬件设计最小系统：最小系统是单片机能正常工作的最小电路，它虽然简单，但是他是单片机工作必不可少的电路。单片机最小电路通常由震荡电路、复位电路和电源电路三大部分组成。本设计的晶振用的是12MHz。电路如下图所示：图2 单片机最小系统指示显示电路：指示灯在系统运行中有着特殊的作用，一方面它能监视系统的运行状态，另一方面指示灯的颜色还能给操作人员以警示的作用。如红色表示危险，系统出故障等，蓝色代表系统开启等。由于led灯的

6、额定功率比较小，可以直接由单片机的IO口控制。另外启动用蓝色LED灯指示，加速用红色LED灯指示，减速用黄色LED指示。电路原理图如下所示。图3 LED灯指示电路控制电路：由于本设计用到三个按键分别控制电机的启动停止、加速和减速，且单片机的IO比较多，故设计用独立键盘控制电路。电路原理图如下图所示。图4 控制电路驱动放大电路：本实验采用三极管搭建的H桥电路来驱动直流电机。当方向控制端接地，PWM端接高电平时，三极管Q1和Q7、Q5和Q6导通，三极管Q3和Q2、Q4和Q8截止，直流电动机以最大电压启动。当方向控制端和PWM端都接低电平时，8个三极管都工作在截止状态，直流电动机停止。当方向控制端接

7、地，PWM端接PWM波时，利用不同的占空比改变电机两端的平均电压，进而能控制电机的转速。图5 电机驱动电路3.2软件设计本次设计要求用汇编语言设计。汇编语言是机器语言的符号化，它和机器语言一一对应，因而执行效率高，执行时间能预算等优点。本设计的流程图如下所示图6 主流程图主程序如下所示。MAIN: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0FCH ;定时1ms MOV TL0,#18H SETB EA SETB P0.0 CLR ET0 CLR TR0 CLR P1.0 CLR P1.1 MOV R7,#00H MOV 30H,#14H; ;周期20ms MOV 32H,#04H; ;高

8、电平持续时间，占空比为4/20=20% WAIT: MOV A,P3 CPL A JZ WAIT ACALL DELAY10MS MOV A,P3 CPL A JZ WAIT JB ACC.0,KEY0 JB ACC.1,KEY1 JB ACC.2,KEY2 JMP WAIT ；按键对应的子程序：KEY0: CPL ET0 CPL TR0 CPL P0.0 CLR P1.0;启动/停止 CLR P1.1 JB ET0,LOOP SETB P0.1 SETB P0.2LOOP: JB P3.0,WAIT JMP LOOPKEY1: JNB ET0,WAIT MOV A,#14H;加速 CLR C

9、 SUBB A,32H JZ WAIT INC 32H SETB P0.2 CLR P0.1LOOP1: JB P3.1,WAIT JMP LOOP1KEY2: JNB ET0,WAIT MOV A,32H;减速 CLR C SUBB A,#00H JZ WAIT DEC 32H SETB P0.1 CLR P0.2LOOP2: JB P3.2,WAIT JMP LOOP2中断服务子程序流程图如下所示图7 中断服务子程序中断代码如下所示：中断处理子程序：INTT0: PUSH PSW ；入栈保护 PUSH ACC MOV TH0,#0FCH MOV TL0,#18H INC R7 CLR C

10、MOV A,R7 CJNE A,32H,NEXT1 CLR P1.1NEXT1: CJNE A,30H,NEXT SETB P1.1 MOV R7,#00HNEXT: POP ACC POP PSW RETI第4章 proteus仿真一、仿真系统启动时的画面如下图所示。图8 电机启动画面二、仿真系统加速时的画面如下图所示。图9 电机加速画面三、仿真系统减速时的画面如下图所示。图10 电机减速画面四、仿真系统停止时的画面如下图所示。图11 电机停止画面第五章 课程设计总结课程设计是锻炼同学们独立动手能力，发现为题并解决为题的重要环节。对于同学们能力的提高具有很大的帮助。一方面它能帮助同学巩固学过

11、的知识，另一方面又能使我们学到性的知识。因此，它是非常有意义的。刚从老师手中拿到这个课题的时候，脑子里还是一塌糊涂，根本不知道该从何下手，但在查阅了许多的资料和请教了老师之后，发现它没有我想象中的那么难。我们可以把一个大的问题化简为一个个小的问题，然后再对这些小的问题逐个的解决，这样大的问题就解决了。在此次设计中我还发现了自己的一个大的问题：就是在将书本上的知识应用到具体实践上的时候还比较困难。这次的课程设计终于完成了，在设计中遇到了许多的问题，同时也学到了许多知识。比如说单片机，这是我第一次接触它。所以在开始的时候看了不少单片机教学视频，同时也查阅了一些资料，能够编一些比较简单的程序。这次课

12、程设计相当于对自己所学过的知识进行了一次全面的总结和检查，它培养了我们自身的创新能力，自主设计能力和动手能力。总之这是一次对我们具有很大帮助的课程设计。参考文献1张毅坤.单片微型计算机原理及应用，西安电子科技大学出版社2徐建民.汇编语言程序设计，电子工业出版社3余锡存、曹国华.单片机原理及接口技术M.陕西：西安电子科技大学4周明德.微型计算机原理及系统引用.北京：清华大学出版社5戴梅萼，史嘉权.微型计算机技术及应用.北京：清华大学出版社附录1：源程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INTT0 RETI ORG 0100HMAIN: MOV TMOD,#0

13、1H MOV TH0,#0FCH ;定时1ms MOV TL0,#18H SETB EA SETB P0.0 CLR ET0 CLR TR0 CLR P1.0 CLR P1.1 MOV R7,#00H MOV 30H,#14H; ;周期20ms MOV 32H,#04H; ;高电平持续时间 WAIT: MOV A,P3 CPL A JZ WAIT ACALL DELAY10MS MOV A,P3 CPL A JZ WAIT JB ACC.0,KEY0 JB ACC.1,KEY1 JB ACC.2,KEY2 JMP WAIT KEY0: CPL ET0 CPL TR0 CPL P0.0 CLR

14、P1.0;启动/停止 CLR P1.1 JB ET0,LOOP SETB P0.1 SETB P0.2LOOP: JB P3.0,WAIT JMP LOOPKEY1: JNB ET0,WAIT MOV A,#14H;加速 CLR C SUBB A,32H JZ WAIT INC 32H SETB P0.2 CLR P0.1LOOP1: JB P3.1,WAIT JMP LOOP1KEY2: JNB ET0,WAIT MOV A,32H;减速 CLR C SUBB A,#00H JZ WAIT DEC 32H SETB P0.1 CLR P0.2LOOP2: JB P3.2,WAIT JMP LOOP2INTT0: PUSH PSW PUSH ACC MOV TH0,#0FCH M