摘要：
本设计采用PWM的控制原理来完成对直流电机的正转、反转以及其加速、减速过程的控制，在此过程中是通过单片机的定时器加上中断的方式产生不同时长的高低电压脉冲信号来完成。并通过红外对管测速仪对直流电机的转速进行测定，最后将实时测定的转速数值显示在四位共阴极的数码管上。
关键词：
PWM控制 直流电机 红外对管测速仪 四位共阴极数码管
一、设计目的：
了解直流电机工作原理，掌握用单片机来控制直流电机系统的硬件设计方法，熟悉直流电机驱动程序的设计与调试，能够熟练应用PWM方法来控制直流电机的正反转和加减速，提高单片机应用系统设计和调试水平。
二、设计内容：
直流电机的正反转控制，转速测定、调节及其显示。
三、工作原理
3.1直流电机
直流电机的结构由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，磁场由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢的一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。
当电枢转了180°后，导体cd边转到N极下，导体ab边转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷A流入，经过导体cd、ab后，从电刷B流出。这时导体cd边受力方向变为从右向左，导体ab边受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。
因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体ab和cd流入，使线圈边只要处于N极下，其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向，而在S极下时，总是从电刷B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。
3.2直流电机驱动
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。表1是L298N功能逻
辑图。In3，In4的逻辑图与表1相同。由表1可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。
四、设计所需器材：
51单片机最小系统板一个，G2010实验仪中的直流电机一个，红外对管测速仪一个，四位一体共阴极数码管一个，独立按键三个。
五、设计过程：
5.1、硬件电路图：
单片机最小系统与独立按键、数码管显示电路图
L298N的驱动电路和单片机的连接线路图
5.2、设计说明：
按键说明：
K1——正反转切换键
K2——转速加按键
K3——转速减按键
显示说明：
四位一体数码管显示转速，最高位为转速方向显示，电机顺时针转时为灭零显示，电机逆时针转时显示负号。其他三位显示转速，转速单位r/min。
调速范围：
-900r/min~900r/min。
5.3、程序流程图：
主程序流程图：
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附录1：程序清单
#include<reg51.h>
sbit Dck=P1^0;
sbit Led1=P1^1;
sbit Led2=P1^2;
sbit Seg1=P1^3;
sbit Seg2=P1^4;
sbit Seg3=P1^5;
sbit Seg4=P1^6;
sbit Mink=P1^7;
sbit Led3=P3^1;
sbit Add=P3^2;
sbit Dec=P3^3;
#define Disdata P0
#define Dac P2
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define MARK 4 //用于输出任意分频的pwm波
uchar code dis_7[16]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};// 共阳极段选码
volatile uchar data display[4]={0x00,0x00,0x00,0x00}; //用于暂存数码管的输出数据流
int Tnum=0, //定时器0定时次数的记录
Pnum=2; //用于和Tnum比较产生需要的pwm波
snum=0;
uint full=0; //用于记录定时器1的溢出次数
/*************延时程序************************/
void delay(uint t)
{
for(;t>0;t--);
}
/**************数码管显示*********************/
/***********pwm波定时发生*********************/
void Time0_srv() interrupt 1
{
snum++;
if(snum>40)
snum=0;
if(snum>0&&snum<=10)
{
Seg4=1;
Disdata=~dis_7[display[0]];
delay(30);
Seg1=0;
}
if(snum>10&&snum<=20)
{
Seg1=1;
Disdata=(~dis_7[display[1]])|0x80;
delay(30);
Seg2=0;
}
if(snum>20&&snum<=30)
{
Seg2=1;
Disdata=~dis_7[display[2]];
delay(30);
Seg3=0;
}
if(snum>30&&snum<=40)
{
Seg3=1;
Disdata=~dis_7[display[3]];
delay(30);
Seg4=0;
}
{
TH0=(65536-425)/256;
android游戏引擎 TL0=(65536-425)%256;
if(Tnum<Pnum)
{
Dck=1;
}
else
{
Dck=0;
}
Tnum=Tnum+1;
Tnum=Tnum%MARK;
}
}
太阳能电池背板
/*****************按键程序1*****************/
void key1() interrupt 0
{
delay(4000);
if(Add==0 )
{
Pnum++;
if(Pnum>=MARK+1)
Pnum=MARK;
}
switch(Pnum)
{
case 0: Dac=0x00;break; //--
case 1: Dac=0x3f;break; //-
case 2: Dac=0x7f;break; //0
尼龙电线 case 3: Dac=0xbf;break; //+
case 4: Dac=0xff;break;//++
}
}
/****************按键程序2******************/
void key2() interrupt 2
{
delay(4000);
if(Dec==0)
{
Pnum--;
Tnum=0;
if(Pnum<0)
Pnum=0;
}
switch(Pnum)
{
case 0: Dac=0x00;break; //--
case 1: Dac=0x3f;break; //-
case 2: Dac=0x7f;break; //0
系船柱 case 3: Dac=0xbf;break; //+
case 4: Dac=0xff;break;//++
}
}
/**************测速程序1*******************/
void Time1_srv() interrupt 3
{
full++;
if(full==10000)
{
TR0=0;
电脑视保屏
full=0;
TH1=0;
TL1=0;
Led3=1;
}
}
/*************测速程序2*****************/
void Freeback()
{ static uchar dj=0;
float time=0.0;
uint rad=0;
if(Mink==0)
{
TR1=1;
dj++;
Led3=0;
}
while(!Mink);
if(dj==2)
{
TR1=0;
time=full*65.536+TH1*0.256+TL1*0.001;
full=0;
TH1=0;
TL1=0;
rad=(2*3.14/(time*0.001)+0.5)*10;
display[3]=rad/1000;
豫公网安备41160202000603
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