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1、直流电机转速控制 课程设计 姓名：学号：班级：目录 1 直流电机转速控制方案设计 (2)1.1 设计要 求 (2)1.2 设计框图 (2)2直 流电机转速控制 硬件 设计 (3)2.1 主要器件功 能 (3)2.2 硬件原 理图 (6)3直 流电机转速控制 软件 设计 (7)4调 试 (8)4.1 硬件测试 (8)4.2 软件调试 (111 直流电机转速控制方案设计 1.1 设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制，完成直流电机 转向和转速的控制，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。1、用按键 1 控制旋转方向，实现正转和反转。2、电机的设定转速与电机的实际转速
2、在数码管上显示。3、旋转速度可实时改变。1.2 设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示：图1 2 直流电机转速控制硬件设计 2.1 主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路，属于 H 桥集成电路，与 L293D 的差别是其输 出电流增大，功率增强。其输出电流为 2A，最高电流 4A，最高工作电压 50V，可以 驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与 单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制 步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,
3、来控制电机的转速。图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效，这里的电平指的是 TTL 电平。EN1 为IN1 和 IN2 的使能端，EN2为IN3 和 IN4 的使能端。POWER 接直流电源，注意正负，电 源正端为 VCC，电源地为 GND。2、ZLG7290 的核心是一块 ZLG7290B芯片，它采用 I2C 接口，能直接驱动 8 位共阴式数码管，同时可扫描管理多达 64 只按键，实现人机对话的功能资源 十分丰富。除具有自动消除抖动功能外，它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、功能键、连击键计数等强大功能，并可提供 10 种数字和 21 种字母的译码显示 功能，用户可以直接向显示缓存写入显示
4、数据，而且无需外接元件即可直接驱 动数码管，还可扩展驱动电压和电流。此外，ZLG7290B的电路简单，使用也很 方便。用户按下某个键时，ZLG7290 的 INT 引脚会产生一个低电平的中断请求信 号，读取键值后，中断信号就会自动撤销。正常情况下，微控制器只需要判断 INT 引脚就可以得到键盘输入的信息。微控制器可通过两种方式得到用户的键 盘输入信息。其一是中断方式，该方式的优点是抗干扰能力强，缺点是要占用 微控制器的一个外部中断源。其二是查询方式，即通过不断查询 INT 引脚来判 断是否有键按下，该方式可以节省微控制器的一根 I O口线，但是代价是 I2C 总线处于频繁的活动状态，消耗电流多
5、并且不利于抗干扰。图3 ZLG7290 能够直接驱动 8 位共阴式数码管（或 64 只独立的 LED），同时 还可以扫描管理多达 64 只按键。其中有 8 只按键还可以作为功能键使用，就 像电脑键盘上的 Ctrl、Shift、Alt 键一样。另外 ZLG7290B 内部还设置有连击 计数器，能够使某键按下后不松手而连续有效。采用 I2C 总线方式，与微控 制器的接口仅需两根信号线。可控扫描位数，可控任一数码管闪烁。4、MAX232 芯片是美信公司专门为电脑的 RS-232 标准串口设计的单电源 电平转换芯片,使用+5v 单电源供电 图4 第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6 脚和
6、4只电容构成。功能 是产生+12v 和-12v 两个电源，提供给 RS-232 串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14 脚构成两个 数据通道。其中 13 脚（R1IN）、12 脚（R1OUT）、11 脚（T1IN）、14 脚（T1OUT）为第一数据通道。8 脚（R2IN）、9 脚（R2OUT）、10 脚（T2IN）、7 脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从 T1IN、T2IN 输入转换成 RS-232 数据从 T1OUT、T2OUT送到电脑 DB9插头；DB9 插头的 RS-232 数据从 R1IN、R2IN 输入 转换成 TTL
7、/CMOS数据后从 R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15 脚 GND、16 脚 VCC（+5v）。2.2 硬件原理图 电路图 3 直流电机转速控制软件设计 程序流程图 初始化，P1.2?1,P1.3?0,P1.0?1,P1.1?0 ZLG7290 显示程序初始 化 图6 4 调试 4.1 硬件测试 4.1.1 单片机部分及其接口电路测试 VCC 61 1R0?KA 10K 1 图7 当按键 S1按下时,产生 INT0 中断,使 P1.2,P1.3取反.这样就能控制电机的正反转,且 中断来时 P1.1 取反这样 LED 灯亮灭代表不同的转向.BL LED VCC 3 4 1 7 R1
8、A 8 15 14 31 VCC VCC R18 1K 10K 1132 1 2 5 6 C10 30PF 18 9 RD 17 10uF WR 16 19 C11 12MHz 30pF C12 R17 P10 P00 P11 P01 P12 P02 P13 P03 P14 P04 P15 P05 P16 P06 P17 P07 INT1 P20 INT0 P21 P22 T1 P23 T0 P24 P25 EA/VP P26 P27 X1 X2 RESET RXD TXD RD ALE/P WR PSEN U6 STC89C5X 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 2
9、3 24 25 26 27 28 10 RxD 11 TxD 30 ALE 29 4.1.2 电机部分电路及其接口电路测试 图8 电机测试时,L298N 的 IN3,IN4 的输出控制电机的正反转,IN3,IN4 为 0,1,时是一 种转向,当IN3,IN4 为 1,0时,就反向转动.而电机的转速控制是通过 L298N的ENB 来控制,由于 ENB的状态直接确定电机 的通断,所以,测试时,通过调节 ENB 占空比的输出来测试电机的转速控制.电机的测速是通过霍尔开关来获取的,电机的叶片上贴有磁钢,当磁钢经过霍尔 开关时,霍尔开关 2脚产生脉冲,当一定的时间到时,霍尔开关的 2脚输出的脉冲数被 单
10、片机记录,然后经过处理在 8 位数码管上显R6 1K 15V VCC+5 C?100uf IODE IODE IODE 3 2 1 IODE VSS C?100uf U?GND BNES 4TUO 43NTIUO BNE 3NI SV DNG 2NI ANE 1L298N 示出来.4.1.3 数码管的部分电路及其接口电路测试 图9 通过单片机控制使 LED1 显示输入需要控制的转速，LED2 来显示实时的转 速，单片机与 LED 灯之间通过集成芯片 ZLG7290 来进行连接。R62 R63 R64 R65 R66 R67 R68 R69 270*8 Seg7 Seg6 Seg5 Seg4 S
11、eg3 Seg2 Seg1 Seg0 Bit6 12 Bit5 21 Bit4 22 Bit3 3 Bit2 4 Bit1 5 Bit0 6 Dig7 SegA Dig6 SegB Dig5 SegC Dig4 SegD Dig3 SegE Dig2 SegF Dig1 SegG Dig0 SegH SDA VCC SCL OSC2 INT OSC1 GND RES 23 Seg7 24 Seg6 1 Seg5 2 Seg4 7 Seg3 8 Seg2 9 Seg1 10 Seg0 16 VCC 18 OscOut 17 OscIn 15 VCC 47K B 8 LED1 ln3461a B
12、B 6 8 9 LED2 ln3461a 0 C 2 C 711 C18 VCC Bit7 13 20 U22 19 ZLG7290 14 11 C17 R72 100nF 4.2 软件调试 4.2.1 按键程序 当按键按下的时候产生一个低电平,连接INT0,产生外部中断,使P1.1,P1.2,P1.3取 反,从而控制电机正反转,和 LED 灯的状态,显示其转向.具体的程序如下:void INT0SUB()interrupt 0 P11=P11;P12=P12;P13=P13;4.2.2 PWM 程序 因为电机调速是本次设计的最主要任务之一，所以 PWM程序也是程序中最重要 的一环。PWM的调
13、速原理是通过调节一个斩波周期中的脉冲占空比来调节电机功率而达 到调速目的。本设计中，PWM的斩波周期为 500us，那也就是说斩波频率为 2kHz，在理论上能达到 0.05%线性可调，也就是能以 0.05%的调节精度来调节 PWM占空比 PWM调速子程序是放在定时器 0 中断中进行的，中断设置如下：ET0=1;/中断允许位 TMOD=0 x51;TH0=0 xFE;TL0=0 x0C;R0=1;/SETB TR0 下面是 PWM的中断子程序：void TIMER0()interrupt 1 TH0=0 xFE;TL0=0 x0C;if(r=0)a+;if(a=c)P10=0;a=0;r=1;i
14、f(r=1)b+;if(b=(100-c)P10=1;b=0;r=0;4.2.3 测速系统程序 测速是本设计的另外一个重点。本设计中测速系统的工作原理为：利用电机叶片上 的磁钢，引起霍尔开关产生脉冲，单片机就采集此脉冲数，加以计算，得出其实时 速度。测速程序得用一个计数器 1 具体实现如下：TH1=0 x00;TL1=0 x00;ET1=1;TR1=1;函数中，TH1_1，TL1_1就是存放计数器 1 的计数值的缓冲区，当它们从 TH1和 TL1中取得数值之后，TH1和 TL1随即被清零，为下一次计数做好准备。void TIMER0()interrupt 1 int d,g,z;z=TL1;d=TL1*30;g=d-k;dat1=d%10;d=d/10;dat2=d%10;d=d/10;dat3=d%10;d=d/10;dat4=d;m=0;n=20;TL1=0X00;TH1=0X00;4.2.4 调速程序 本程序中我们利用逼近的方式来控制电机的转速,其相应的程序 n