51单片机控制直流电机设计

单片机控制小功率直流电机一.设计要求：用单片机控制直流电机加速、减速、正反转和停止。二.设计方案分析1、方案设计：直流电机只要能提供一定的直流就可以转动，改变电压极性可以改变转动方向，可以通过给直流电机提供脉冲信号来驱动它，脉冲信号的占空比可以影响到直流电机的平均速度，因此可以通过调整占空比从而能实现调速的目的。直流电机的驱动电路要有过流保护作用，可用二极管来实现，另外电机的驱动电流是比较大的所以需要用三极管来放大电流。程序的关键就是如何实现占空比的调整，这个可以通过对51单片机定时器重装初值进行改变，从而改变时间。设计中用到的元件：STC89C52、晶振（12MHz）、小按键、三极管、二极管、电容、电阻等。2、背景知识介绍：直流电机调速原理本设计的主要思想为利用PWM控制占空比从而达到改变电机速度。下面为PWM控制原理；图1为PWM降压斩波器的原理电路及输出电压波形。在图1a中，假定晶体管V1先导通T1，秒(忽略V1的管压降，这期间电源电压Ud全部加到电枢上)，然后关断T2秒(这期间电枢端电压为零)。如此反复，则电枢端电压波形如图1b中所示。电动机电枢端电压Ua为其平均值。图1PWM降压斩波器原理电路及输出电压波形a)原理图b)输出电压波形1112adddTTUUUUTTT(3)式(3)中1112TTTTT（4）为一个周期T中，晶体管V1导通时间的比率，称为负载率或占空比。使用下面三种方法中的任何一种，都可以改变的值，从而达到调压的目的：(1)定宽调频法：T1保持一定，使T2在0～∞范围内变化；(2)调宽调频法：T2保持一定，使T1在0～∞范围内变化(3)定频调宽法：T1+T2=T保持一定，使T，在0～T范围内变化。不管哪种方法，的变化范围均为0≤≤l，因而电枢电压平均值Ua的调节范围为0～Ud，均为正值，即电动机只能在某一方向调速，称为不可逆调速。当需要电动机在正、反向两个方向调速运转，即可逆调速时，就要使用图1—2a所示的桥式(或称H型)降压斩波电路。在图2a中，晶体管V1、V4是同时导通同时关断的，V2、V3也是同时导通同时关断的，但V1与V2、V3与V4都不允许同时导通，否则电源Ud直通短路。设V1、V4先同时导通T1秒后同时关断，间隔一定时间(为避免电源直通短路。该间隔时间称为死区时问)之后，再使V2、V3同时导通T2秒后同时关断，如此反复，则电动机电枢端电压波形如图2b所示。图2桥式PWM降压斩波器原理电路及输出电压波形a)原理图b)输出电压波形电动机电枢端电压的平均值为12112(21)(21)adddTTTUUUUTTT(4)由于0≤≤1，Ua值的范围是-Ud～+Ud，因而电动机可以在正、反两个方向调速运转。图3给出了两种PWM斩波电路的电枢电压平均值的特性曲线()aUf。图3两种斩波器的输出电压特性三、硬件设计：用单片机的p2.2、p2.3、p2.4、p2.5和四个按键相连，其功能分别为左转、右转、停止和加速。按下左转键则开始向左转动，按下右转键则向右转动，按下停止键则开始逐渐停止转动，按下调速键一次则会加速一档，按下调速键二次则会加速二档，按下调速键三次则会加速三档，按下调速键四次则会加速四档，按下调速键五次则会回到最初速度重新记档位。单片机的p2.0和p2.1分别和电机相连，控制单片机的两个输入。可用单片机选择p2.0或p2.1输出方波，使电机两端产生压差，从而是电机转动。通过改变输出方波的大小，可使电机实现加速减速功能。由于单片机产生的方波很小，不足以驱动电机，所以要加上三极管放大电路。连接时还要加上二极管来保护电路。再接上单片机的VCC、GND、晶振电路和复位电路。这里晶振用的是12MHZ的。四、软件设计：可使PW1=P2^0;PW2=P2^1，当PW1=0;PW2=1时，电机顺时针转动；当PW1=1;PW2=0时，逆向转动，当PW1=1;PW2=1，停转五、测试数据及设计结果：六、调试中出现的错误及解决方法附录：源程序（带注释），Proteus电路图。#includereg52.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitPW1=P2^0;sbitPW2=P2^1;//控制电机的两个输入sbitaccelerate=P2^2;//调速按键sbitstop=P2^3;//停止按键sbitleft=P2^4;//左转按键sbitright=P2^5;//右转按键#defineright_turnPW1=0;PW2=1//顺时针转动#defineleft_turnPW1=1;PW2=0//逆向转动#defineend_turnPW1=1;PW2=1//停转uintt0=25000,t1=25000;//初始时占空比为50%uinta=25000;//设置定时器装载初值25ms设定频率为20Hzucharflag=1;//此标志用于选择不同的装载初值uchardflag;//左右转标志ucharcount;//用来标志速度档位voidkeyscan();//键盘扫描voiddelay(ucharz);voidtime_init();//定时器的初始化voidadjust_speed();//通过调整占空比来调整速度voidmain(){time_init();//定时器的初始化while(1){keyscan();//不断扫描键盘程序，以便及时作出相应的响应}}voidtimer0()interrupt1using0{if(flag){flag=0;end_turn;a=t0;//t0的大小决定着低电平延续时间TH0=(65536-a)/256;TL0=(65536-a)%256;//重装载初值}else{flag=1;//这个标志起到交替输出高低电平的作用if(dflag==0){right_turn;//右转}else{left_turn;//左转}a=t1;//t1的大小决定着高电平延续时间TH0=(65536-a)/256;TL0=(65536-a)%256;//重装载初值}}voidtime_init(){TMOD=0x01;//工作方式寄存器软件起动定时器定时器功能方式1定时器0TH0=(65536-a)/256;TL0=(65536-a)%256;//装载初值ET0=1;//开启定时器中断使能EA=1;//开启总中断TR0=0;}voiddelay(ucharz)//在12M下延时z毫秒{uintx,y;for(x=z;x0;x--)for(y=110;y0;y--);}voidkeyscan(){if(stop==0){TR0=0;//关闭定时器0即可停止转动}if(left==0){TR0=1;dflag=1;//转向标志置位则左转}if(right==0){TR0=1;dflag=0;//转向标志复位则右转}if(accelerate==0){delay(5);//延时消抖if(accelerate==0){while(accelerate==0);//等待松手count++;if(count==1){t0=20000;t1=30000;//占空比为百分之60}if(count==2){t0=15000;t1=35000;//占空比为百分之70}if(count==3){t0=10000;t1=40000;//占空比为百分之80}if(count==4){t0=5000;t1=45000;//占空比为百分之90}if(count==5){count=0;}}}}Proteus电路图