基于单片机的直流电机PWM调速系统设计,本文是关于基于单片机在职研究生论文范文和直流电机和单片机和系统设计方面毕业论文怎么写.
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摘 要：本文介绍了如何设计一种基于单片机的直流电机PMW调速系统,以解决直流电机数字化的调速问题.本系统以单片机AT89S51为核心控制器件,通过按键调速,采用L298N芯片驱动直流电机,利用霍尔传感器测得直流电机的转速,通过LED数码管实时显示.整个系统电路设计简单,稳定性好,实用价值高.
关键词：单片机 PWM 直流调速 L298
由于直流调速系统带载启动性能好,转矩大,调速范围广,静差率小,稳定性强以及具有良好的动态性能,在相当长的时期内,国内高性能的调速系统大多采用了直流调速系统.早期直流调速系统由许多模拟分立元件组成,因元件的不稳定性,噪声的干扰等因素,使得系统的精度和稳定性较差.但随着计算机控制技术的发展,直流调速系统进入一个数字化的新时代.
一、PWM 调速原理
如图1a 所示,在电路中,按照一定频率接通、关断半导体器件VT,电动机电枢得到斩波电压,如图1b 所示.通过调整电压的“占空比”来调整平均输出电压Ud,从而控制直流电动机的转速Vd.
分析讨论：当电机始终通电时,转速为Vmax ；当占空比为D等于ton/T 时,则平均转速为Vd等于Vmax*D.由此可见,当改变占空比D 时,电机的平均速度Vd 就实现可调.在非严格情况下,平均速度Vd 与占空比D 近似认为线性关系.这是直流电动机PWM 调速的基本工作原理.
二、系统硬件设计
1. 系统设计架构
本系统以单片机AT89S51 为核心微处理器,当键盘接收到按键信息后,经程序运算,输出一定占空比的PWM信号.一路信号送给L298 输入端,控制直流电动机的运行方向；另一路送给L298 使能端,控制运行速度.另外,在直流电机中安装霍尔传感器,应用M 法,进行定时计数,把速度信号反馈给单片机,将程序计算出的转速,送4 位LED 数码管实时显示.整个系统由双路稳压电源提供.系统框图如图2 所示.
2. 单片机及键盘部分
以MCS-51 为内核的单片机,目前仍是市场的主流产品.本系统采用的AT89S51,是Atmel 公司于2003 年在AT89C51 基础上推出新的产品,在保留原有的Flash 存储器的同时,增加了在线可编程ISP,33MHz 的时钟频率,原有功能同时向下兼容,指令系统保持不变.它拥有2 个16 位定时/ 计数器,6 个中断源,可以用来定时输出PWM方波,中断计数、转速检测、实时显示等.
3. 双路稳压电源
本系统电源采用双路输出的线性直流稳压电源,+5V为控制部分的逻辑元件提供直流电源,+12V 为小型直流电动机提供额定的工作电压.电路图如图4 所示.
此电源电路由1 个220V 到12V 的变压器,1 个整流桥堆,2 个集成稳压芯片和6 个电容组成. 是整流后的低频滤波电容,C5 是高频率小电容,C6 和C7 改善了稳压电源的瞬态负载响应特性.
4. 电机驱动电路
本系统采用了L298N 芯片作为直流电机的驱动电路.
L298N 是ST 公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片.该芯片有15 个引脚,最高工作电压46V,持续工作电流为2A ；内含两个H 型全桥式驱动器,可以用来驱动直流电动机等感性负载；对L298N 逻辑部分电源电压Vss接5V,驱动电源电压Vs 供+12V.
L298N 的引脚逻辑功能表,如图5a 所示,IN1、IN2 控制电机的转向；ENA 接输入的PWM 信号,控制电机的转速,接线图如图5b 所示.
5. 测速和显示电路
本系统选用霍尔传感器CS3020,采用M 法,对电动机进行测速.先将2 个小磁钢对称固定于电动机的旋转主轴上,每当旋转一周时,霍尔元件输出2 个高电平脉冲,就可以测出实际的转速.
为节省I/O 口资源,单片机从P2.0 ～ P2.3 口输出4 位BCD 码,经74LS47 译码,转换成七段码显示；P2.4 ～ P2.7口分别作为4位LED数码管的选通脚,原理框图如图6所示.
三、 小结
纵观电气传动国内外发展的情况,虽然直流电机结构复杂成本高,但我国目前仍有大量机床和系统使用直流电机,调速使用模拟PWM 控制或用晶闸管移相控制.如果将其改造为微处理器控制的PWM 调速系统,使其控制方式数字化,线路简单化,运行性能必然稳定、可靠,前景广泛,有很好的实用价值.
（作者单位：广州市交通高级技工学校）
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