基于TMS2812直流电机设计

PAGEPAGE基于TMS320F2812的直流电动机控制专业：学号：学生姓名：指导教师：摘要本文是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电机的控制。本课程设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制，在设计中，将DSP作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。关键词：PWM调速；正反转控制；仿真PAGEPAGE15目录第一章概述 I1.1工程训练的目的 11.2工程训练的要求 1第二章方案的选择与确定 12.1设计思路 12.2基本原理 12.3总体设计框图 1第三章直流电机单元电路设计与分析 23.1总电路图 23.2总电路功能介绍 23.3直流电机驱动模块 73.4直流电机的中断键盘控制模块 93.5直流电动机的硬件原理图 1第四章软件设计 14.1软件流程图 14.2源程序设计 1第五章PCB绘制与电路板制作 15.1PCB板的制作流程图 15.2生成PCB图及制版 2第六章功能的实现与测试报告 11总结 22参考文献资料 23第一章概述1.1工程训练的目的：(1)学习用C语言编制中断程序，控制F2812DSP通用I/O管脚产生不同占空比的PWM信号。(2)学习F2812DSP的通用I/O管脚的控制方法。（3）通过C语言编程控制控制I/O管脚产生不同占空比的PWM信号。（4）通过直流电机PWM控制系统实现直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速。(5)学习直流电机的控制原理和控制方法。1.2工程训练的要求：本课程设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制，在设计中，将DSP作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。（1）通过直流电机PWM控制系统实现直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速。（2）、电路图设计标准、完全；（3）、元器件安装规范，焊接到位，外观优美；第二章方案的选择与确定2.1设计思路方案说明：通过C语言编程改变pwm波的占空比，将此pwm波从I/O口输出到直流电动机，从而改变其转速，通过引脚上给出高电平或低电平和逻辑电路来控制直流电机的方向。单片机在程序控制下，定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正，反转控制；2.2基本原理2.2.1TMS320F2812DSP的McBSP引脚通过设置PWM11和PWM5的工作方式和状态，可以实现将它们当成通用I/O引脚使用。2.2.2直流电机控制直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(PulsWidthModulation，简称PWM)控制方式已成为绝对主流。2.2.3PWM调压调速原理对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压为2.3所示的脉动电流压（要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数），可以看出，在T不变的情况下，改变T1和T2宽度，得到的电压将发生变化，下面对这一变化进一步推导。图2.3施加在电枢两端的脉动电压设电机接全电压U时，其转速最大为Vmax。若施加到电枢两端的脉动电压占空比为D=t1/T，则电枢的平均电压为：U平=U·D……………式1.4由式1.3得到：n=Ea/CeΦ≈U·D/CeΦ=KD；在假设电枢内阻转小的情况下式中K=U/CeΦ，是常数。图2.4占空比与电机转速的关系由图看出转速与占空比D并不是完全速的线性关系（图中实线），原因是电枢本身有电阻，不过一般直流电机的内阻较小，可以近视为线性关系。由此可见，改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成，这就是直流电机PWM调速原理。2.3总体设计框图光电路驱动电荷泵电路电逻辑光电路驱动电荷泵电路电逻辑隔电路驱动信号放大电路离H桥功能驱动电路电路DIRPWMBRACKMMVM第三章直流电动机单元电路设计与分析3.1总电路图3.2总电路功能介绍主体电路：即直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小和了解电机的转向，能够很方便的实现电机的智能控制。其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续功能。其间是通过单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到TMS2812来控制直流电机工作的。该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成：设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。设计控制部分：主要由单片机的外部中断扩展电路组成。直流电机PWM控制实现部分：主要由一些二极管、电机和直流电机驱动模块组成。直流电动机驱动模块主要由一些二极管、电机和直流电机驱动模块（内含CMOSS管、三太门等）组成。现在介绍下直流电机的运行原理3.3.1直流电机类型直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。下面以直流电动机作为研究对象。3.3.2直流电机结构直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出,直流电机结构如图2.1所示。图2.1直流电动机结构3.3.3直流电机工作原理直流电机电路模型如图2.2所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。图2.2直流电动机电路模型3.3.4直流电动机硬件原理图3.4直流电机的中断键盘控制模块3.4.1外部中断设置（1）外部中断允许设置中断控制寄存器IE的EX0对应INT0，EX1对应INT1，EA为中断的总开关，若要开放外部中断，只要将IE对应的位和总开关EA置1即可。如：开放外部中断0的设置：SETBEX0SETBEA开放外部中断0和1的设置：SETBEX0SETBEX1SETBEA（2）外部中断触发方式设置单片机外部中断有两种触发方式，一种是电平触发方式，另一种是脉冲触发方式，单片机外部中断触发方式与TCON的IT位有关。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0电平触发设置方法：CLRITX，为低电平触发方式。脉冲触发设置方法：SETBITX＝1，为脉冲下降沿触发方式。在使用外部中断时，如果不进行设置，则为电平触发方式。（3）外部优先级设置外部中断IN0、INT1的中断优先级的设置是通过设置IP寄存器实现的，IP的PX0对应INT0，PX1对应INT1。PX置1为高级中断，PX为0为低级中断。×××PSPT1PX1PT0PX03.4.2外部中断扩展方法在图3.3为外部中断扩展方法，设X1、X2、X3、X4、X5为外部警情信号，X1代表是加速信号，X1=0表示加速；X2代表减速信号，X2=0表示减速；X3代表正转信号，X3=0表示正转；X4代表反转信号，X4=0表示反转；X5代表停止信号，X5=0表示停止处理。图3.3外部中断扩展电路当系统检测到有中断请求时，响应如下中断服务流程图3.4。图3.4中断服务流程第四章软件设计4.1软件流程图4.2源程序设计第五章PCB板的绘制与电路板的制作5.1PCB板的制作流程图设计绘制原理图→导成PCB图→打印输出（热转印纸）↓金属焊盘钻孔←腐蚀（留下电子线路）←利用热转印法将PCB图转到敷铜板↓焊接安装元器件→调试→成品5.2生成PCB图及制板第六章功能的实现与测试报告每个模块做好以后，就可以调用程序（直流电动机驱动模块程序已编写好）来调试功能，如果能正常运行那就说明模块做的是正确的，相反，如不能正常实现功能就必须找出其中存在的错误原因。要么是硬件电路错误，要么就是软件调用不当或是I/O口设定存在问题，因此在调试过程中必须仔细，对每一部分加以完善。最重要的是对其整体的调试，因此要对其内部地址进行分配，中断也要集中编写完善，主程序编写相对复杂，所以要先把电机驱动弄好之后让电动机转动起来再添加调速部分。添加键盘程序，使其能设定电机转速和方向。根据串行口调试工具能很好的实现实验设计要求。通过PWM控制使电动机能够正转反转，并实现加速减速的功能。最后，调试成功，交作品。总结通过这次对TMS2812的直流电动机控制的设计与制作过程，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制，在设计中，将DSP作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独