at89c51对直流电动机的驱动的课程设计.doc

单片机课程设计 实验报告 设计目标：1、利用AT89C51单片机，外加ADC0808和，设计一个直流电动机驱动电路设计系统。 2、通过改变电位器RV1电阻的阻值采集电压信息，并通过ADC0808转换为8位数字信号。 3、将数字信号输入到AT89C51单片机，PWM信号由单片机产生，输出到电动机驱动电路，进而驱动电动机转动。 4、通过改变RV1的阻值，从而改变直流电机电枢上电压的占空比，控制电动机的转速 5、用Proteus仿真AT89C51系列及其外围电路，用它与Keil开发工具结合，搭建单片机开发平台。 一、系统硬件设计本设计中AT89C51对电流电动机驱动电路设计采用控制电位器，实现直流电机的调速。 图1 总方框图 电位器RV1采集电压信号；用转换器ADC0808对输入电压信号进行数模转换，转换成可以识别的信号；用总线将ADC0808的OUT~OUT1口与单片机AT89C51的P1口相连接，实数信号的传送；随着单片机输入相应控制指令，AT89C51的P3.7口输出与转速相应的PWM脉冲；经两个同向跟随器OP07输出到三极管Q1；由三极管放大电流输出到电动机驱动电路，实现电动机转速的控制。 调节电位器RV1的占空比，A/D转换后的数据延时常数，电位器阻值发生变化时，ADC0808输出的值也会变化，进而调节单片机输出的的占空比，实现电动机转速的控制。 硬件电路中用P1口作为通用IO准双向动态端口，输入控制指令（延时常数）。 用P3.7口作为输出控制信号（输出脉冲），控制OP07的3端的信号输入。 用RV1采集电压信息，IN0作为电压信号输入。 OUT8为最低位，OUT1为最高位，OUT端口作为信号的输出，将OUT8~OUT1分别接到单片机的P1.0~P1.7。 电路为12MHZ晶振频率工作。直流电机驱动电路设计直流电机的转速直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生洛伦兹力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。 在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中。目前广泛应用的是通过改变电机电枢保持高电平接通时间与通电时钟周期的时间的比值D（占空比）来控制电机的转速。这种方法称为脉冲宽度调制即PWM控制。 图直流电机驱动电路设计虽然不同励磁方式的电机机械特性不同，但他们的转速都是由公式 (1-1) 计算而得： (1-1) 式中 ——电枢供电电压（V）； ——电枢电流（A）； ——励磁磁通（W b）； ——电枢回路总电阻（Ω）； ——电势系数。 其中，电势系数又表示为： （1-2） 式中 ——电磁对数；——电枢并联支路数；——导体数。 由式可见，直流电动机的调速方法可以分为： 、电枢回路串电阻的调速方法、调节励磁磁通的励磁控制方法、调节电枢电压的电枢控制方法。本设计中，改变电机两端电压的方法，采用脉冲控制PWM，改变占空比，从而改变电机两端电压，调节转速。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制电流。（2）电机的平均速度设电机始终接通电源时，电机转速最大为，设占空比为，则电机的平均速度为 （1-3）式中，—— 电机的平均速度；——电机全通电时的速度（最大）； 其中，占空比为 D = t1 / T 。由公式1-3可见，当我们改变占空比D时，就可以得到不同的电机平均速度 ，从而达到调速的目的。严格地讲，平均速度Vd与占空比D = t1 / T并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。 由此可看出，改变占空比D的值有三种方法： ①调宽调频法：保持不变，只改变，这样使周期或频率也随之改变。 ②定宽调频法：保持不变，只改变，这样使周期或频率也随之改变。 ③定频调宽法：保持周期T或频率不变，同时改变和。 PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内接通和断开时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为开关驱动装置。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。三极管是电子电路中最重要的器件，采用NPN三极管电流放大