直流调速系统设计

单片机控制技术项目：直流调速系统设计123任务目标

任务要求

项目实施

目录单片机控制技术直流调速系统设计4

仿真与调试一、任务目标1）学习掌握基于单片机控制的小型直流电机调速系统的设计方法2）学习掌握霍尔传感器测速原理与实现方法。3）学习掌握小型直流电动机L298电机驱动的原理与方法。单片机控制技术直流调速系统设计二、任务要求1）能通过按键，对直流电动机进行启动、停止、正反转控制。2）采用PWM方式，对电机进行调压调速控制。3）电机转速可以通过LED四位数码管实时显示。单片机控制技术直流调速系统设计三、项目实施3.1）硬件电路设计单片机控制技术直流调速系统设计3.1.1硬件电路总体设计(1)直流电动机调速系统原理框图如图1，控制系统以单片机为控制核心.(2)采用霍尔传感器，检测到转速脉冲后，送入单片机INT0口，在外中断0中实时计算得出电机转速。(3)4连位共阳极数码管上，动态实时显示电机每秒转速值。(4)4个独立按键分别控制电机的启动/停止、正/反转、加速、减速。(5)状态指示电路用于指示正、反转。(6)单片机输出的PWM信号，采用直流电机专用驱动模块L298进行放大后，驱动电机调压调速运动。图1直流调速系统电路框图三、项目实施3.1.2）转速测量电路设计单片机控制技术直流调速系统设计（1）电机速度采用霍尔传感器CS3020，该传感器外形如图2。这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，该元件工作电压范围宽，使用非常方便。1脚接5V电压，2脚输出端，3脚接地。图2霍尔传感器3020管脚图图3直流电动机霍尔传感器安装图（2）霍尔传感器安装图如图3。霍尔传感器固定在轴端。电机转轴的圆周上，粘有一小型磁珠，电机每转一周，磁珠靠近一次霍尔传感器，在霍尔传感器2脚，产生一个下降沿，送单片机外中断口0。这样，外中断0子程序只要测出每秒下降沿的个数，即可算出电机的转速。三、项目实施3.1.3）电机驱动电路的设计单片机控制技术直流电机调速系统设计本系统用于小型直流电动机的驱动，为此采用电机专用驱动模块L298，对电机I/O口发出的PWM驱动信号进行放大，然后驱动电机。

电机驱动电路图如图4所示，由于单片机为5V供电，电机采用12V供电，为避免单片机在运行中受电机干扰，系统采用光耦把单片机与直流电机电源进行隔离。图4直流电动机驱动电路三、项目实施3.2）单片机软件设计单片机控制技术直流调速系统设计3.2.1）系统主程序系统主程序首先完成定时器0、定时器1和外中断0程序的初始化。然后进入死循环，执行按键检测子程序和转速检测子程序。

voidmain(void){pwm_pin=0;//pwm波为0，关电机PWM=10;//pwm脉宽为10initTimer();IT0=1;//下降沿触发EX0=1;//开外中断EA=1;//开总中断while(1){display();KEY();}}三、项目实施单片机控制技术直流调速系统设计3.2.2）显示子程序主要采用动态扫描显示方式，将速度值显示在4位共阳极数码管上。voiddisplay(void)//LED显示{if(dir_pin)P0=0xFF;//正转第千位无显示else P0=0xBF;//反转千位显示“-”号L1=0;delay();L1=1;//动态扫描显示千位P0=dis[buf[1]];L2=0;delay();L2=1;//动态扫描显示百位P0=dis[buf[2]];L3=0;delay();L3=1;//动态扫描显示十位P0=dis[buf[3]];L4=0;delay();L4=1;//动态扫描显示个位}三、项目实施单片机控制技术直流调速系统设计3.2.3）按键扫描子程序按键电路如图5所示，使用P2.0~P2.4端口通过按键扫描子程序对启停键、正反转键、加速键、减速键进行扫描，判断按键值后执行相应的功能。voidKEY(void){uchark;k=P2&0x3F;//读键盘，先要口线先要置1switch(k){case0x3E:TR1=1;ET1=1;break;//启动case0x3D:{pwm_pin=0;TR1=0;ET1=0;}break；//停止case0x3B:dir_pin=1;break; //正转case0x37:dir_pin=0;break; //反转case0x2f:{if(PWM<20)PWM++;}break;//加速case0x1f:{if(PWM>5)PWM--;}break; //减速}}图5按键控制电路三、项目实施单片机控制技术直流调速系统设计3.2.4）外中断子程序该子程序用于读取霍尔传感器3020发出的下降沿脉冲。每收到一个下降沿，相应转速变量zuan+1，转速变量zuan的值，即表示电机转动的数圈。/*****INT0测速计数*****/voidint0(void)interrupt0{TR0=1;ET0=1;//开定时器0，启动定时器0zuan++;//计脉冲}三、项目实施单片机控制技术直流调速系统设计3.2.5）定时器0子程序该子程序进行1S精确定时。当1S定时时间到，则将外中断子程序中的转速变量zuan，分解成百、十、个位，用于显示子程序中，电机转速的百、十、个位的显示。voidtimer0(void)interrupt1{TH0=0x3D;TL0=0x50;//重设定时器0初值，50ms中断，65536-50000=3D50Hcount0++;if(count0==20)//定时到1S {IT0=0;EX0=0; buf[1]=zuan/100;//数码管百位

buf[2]=zuan%100/10;//数码管十位

buf[3]=B;//数码管个位

zuan=0;count0=0;IT0=1;EX0=1; }}三、项目实施单片机控制技术直流调速系统设计3.2.6）定时器1子程序定时时间为40ms,输出占空比D=pwm/40的PWM波，此PWM波经过L298驱动芯片的放大后，对直流电机进行PWM调压调速控制。

调节变量pwm的大小，即可调节电机电压的占空比，进行调压调速。

变量pwm大小，在程序初始化中，设置为10，在按键扫描子程序中，通过按独立+按键，或+按键，进行加减，用于电机的调压调速。voidtimer1(void)interrupt3{TH1=0xF8;TL1=0x30;//重新设置定时2ms时间65536-2000if(PWM)if(count1==0)pwm_pin=1;if(count1==PWM)pwm_pin=0;count1++;if(count1>20)count1=0;//采用T1定时,,PWM周期为20*2=40ms,占空比为

pwm/40,改变PWM值即可改变转速}四、仿真与调试单片机控制技技术直流调速系统设计控制系统proteus仿真图如图6，印刷线路板图如图7。（1）图6中，启/停键控制电机的启停；正反转键控制电机的转动方向；加键和减键，则用来改变电机输出PWM信号的占空比，用以调压调速。2）数码管上的负号，表示电机反转.3）4连位数码管，用来动态实时显示电机的每秒转速。图6直流调速系统仿真图图7直流调速系统印刷线路板单片机控制技术直流调速系统设计四、仿真与