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1 引言 ..................................................................... 1 2 系统论述 ................................................................. 2 2.1 设计背景 ............................................................................................................................. 2 2.2 设计思路 ............................................................................................................................. 2 2.3 系统框架设计 ..................................................................................................................... 2 3 PWM脉宽调制定理 .......................................................... 4 3.1 PWM调速原理 ...................................................................................................................... 4 3.2 PWM调速方法 ...................................................................................................................... 4 3.3 PWM实现方法 ...................................................................................................................... 4 4 系统硬件设计 ............................................................. 4 4.1 系统基本组成 ..................................................................................................................... 4 4.1.1 硬件模块组成 ............................................................................................................. 4 4.1.1 单片机整个控制模块 ................................................................................................. 4 4.2 AT89S52单片机简介 .......................................................................................................... 4 4.2.1 AT89S52主要性能 ...................................................................................................... 4 4.2.2 AT89S52主要功能例举 .............................................................................................. 4 4.2.3 AT89S52各引脚功能介绍 .......................................................................................... 4 4.2.4 AT89S52的内部资源 .................................................................................................. 4 4.3 L298电机驱动模块 ............................................................................................................ 4 4.3.1 L298电机驱动简介 .................................................................................................... 4 4.3.2 L298内部原理图 ........................................................................................................ 4 4.3.3 L298引脚符号及功能 ................................................................................................ 4 4.3.4 L298逻辑功能 ............................................................................................................ 4 4.4 LED数码管显示 .................................................................................................................. 4
4.4.1 LED简介 ...................................................................................................................... 4 4.4.2 LED七段数码管的结构 .............................................................................................. 4 4.4.3 常见数字和字符的字段码 ......................................................................................... 4 4.4.4 LED数码管与单片机的连接 ...................................................................................... 4 4.4.5 简单的程序流程 ......................................................................................................... 4 4.4.6 本系统中单片机与LED的连接 ................................................................................. 4 4.5 独立式键盘控制模块 ......................................................................................................... 4 4.5.1 键盘的功能及分类 ..................................................................................................... 4 4.5.2 独立式键盘 ................................................................................................................. 4 4.5.3 独立式键盘与单片机的连接 ..................................................................................... 4 5 系统软件设计 ............................................................. 4 结论 ....................................................................... 5 致谢 ....................................................................... 6 参考文献 ................................................................... 7 附录 ....................................................................... 8 附录1 .......................................................................................................................................... 8 附录2 .......................................................................................................................................... 8
1 引言
早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。所以，直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。
微处理器诞生于上个世纪七十年代，随着集成电路大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微处理器的性价比越来越高。此外，由于电力电子
技术的发展，制作工艺的提升，使得大功率电子器件的性能迅速提高。为微处理器普遍用于控制电机提供了可能，利用微处理器控制电机完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业生产使用要求，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的发展出现了新的变化。
对于简单的微处理器控制电机，只需利用用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对电机的控制。现在带微处理器的可编程控制器，已经在各种的机床设备和各种的生产流水线中普遍得到应用，通过对可编程控制器进行编程就可以实现对电机的规律化控制。对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。通过微处理器控制，可使电机的性能有很大的提高。目前相比直流电机和交流电机他们各有所长，如直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节[2]。高性能的微处理器如DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即数字信号处理器)的出现，为采用新的控制理论和控制策略提供了良好的物质基础，使电机传动的自动化程度大为提高。在先进的数控机床等数控位置伺服系统，已经采用了如DSP等的高速微处理器，其执行速度可达数百万兆以上每秒，且具有适合的矩阵运算。
2 系统论述
2．1设计背景
近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。直流它具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。
2．2 设计思路
直流电机PWM控制系统的主要功能包括：实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停，并且可以调整电机的转速，能够很方便的实现电机的智能控制。
主体电路：即直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由AT89S52单片机的IO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，能够很方便的实现电机的智能控制。其间是通过AT89S52单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片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对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停控制。
设计控制部分：主要由AT89S52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L298直流电机驱动模块组成。
设计显示部分： LED数码显示部分，实现对PWM脉宽调制占空比的实时显示。
2．3 系统框架设计
直流电机PWM调速方案
方案说明：直流电机PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。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，定时不断给L298直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正，反转和急停控制；同时单片机不停的将PWM脉宽
调制占空比送到LED数码管完成实时显示。