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1、工程学院电机与拖动课程设计说明书电机与拖动课 程 设 计（题目）（副标题） （作者姓名） （学号） （成绩）（作者姓名） （学号） （成绩）（作者姓名） （学号） （成绩）（作者姓名） （学号） （成绩）（作者姓名） （学号） （成绩）指导教师 （姓名 职称）学院名称 专业班级设计提交日期年月 设计答辩日期年月摘 要本设计以IR2111与h桥组成的电机驱动模块为核心，采用STC89C52单片机来进行PWM的产生以及调控，并用TIL113光耦隔离模块进行信号的隔离。实验调试后证明，该方法接线容易，可行性较其它方案的高而且在最后验收中成功实现电机的四象运行与调速。关键字：IR2111 STC89C
2、52单片机PWM 四象运行与调速目 录摘要1 设计简述 4 1.1 设计题目 4 1.2 设计任务与要求 4 1.3 设计原理 42 方案论证 4 2.1 脉宽调制电路的选择 4 2.2 驱动电路的选择 5 2.2 驱动电路的选择 53. 系统的组成 5 3.1 系统的硬件组成 5 3.2 系统的软件 10 3.2.1系统电机状态控制程序 10 3.2.2系统的测速功能程序 10 3.2.3具体程序 12 3.3 系统的调试 174 问题与解决 175 心得 186 参考文献7附录1 设计简述1.1 设计题目直流电机PWM脉宽调速系统设计1.2 设计任务与要求1 直流电机的调速有单象限，二象限
3、和四象限三种工作形式。要求学生选择后两种工作形式的任意一种进行设计。2选用额定电压为220V，额定电流为1.2A的它励直流电动机（即把实验室的并励直流电动机做它励接法）作为调速对象。要求带一发电机负载进行调速实验。1.3 设计原理：脉宽调制即PWM(Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲宽度进行调制的技术，即通过对一系列的脉冲宽度进行调制，来等效地获得所需波形。PWM驱动是利用大功率管的开关特性，按固定频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通“与“断开“时间的长短，通过改变无刷直流电动机定子绕组上电压脉冲的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。图2.8
4、即为无刷直流电动机单相绕组PWM驱动电路的原理框图。由于PWM控制器的主电路元件工作在开关状态，因此控制器的损耗小、效率高。2 方案论证2.1 脉宽调制电路的选择方案1：采用STC89C52单片机来进行PWM的产生以及调控。方案2：采用TL494脉宽调制芯片选择：方案1的接线较为简单，而且实现起来比较容易。2.2 驱动电路的选择方案1：使用多个功率放大器件例如三极管以及相关功率管等，通过不同的放大驱动电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大要求以及相应的控制时序，但由于控制的是半桥驱动电路，需要考虑到独立电源的问题，电路制作比较复杂。方案2：采用专用驱动集成芯片IR2111来驱动半桥，IR21
5、11 是功率MOSFET 和IGBT 专用栅极驱动集成电路，可用来驱动工作在母线电压高达600V 的电路中的N沟道功率MOS 器件。采用一片IR 2111 可完成两个功率元件的驱动任务，其内部采用自举技术，使得功率元件的驱动电路仅需一个输入级直流电源；可实现对功率MOSFET和IGBT 的最优驱动，还具有完善的保护功能。选择：方案2有较大优势，而且外围电路制作简单，控制方便，采用方案二。在IR2111后接上H桥电机驱动模块便可以控制电机励磁绕组的电流正反向。2.3 信号隔离电路的选择光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电
6、光和光电的转换器件。当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。3. 系统的组成3.1 系统的硬件组成1.稳压电源电源输入到固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生
7、变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和右侧的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压图3.1 5v稳压电源2.IR2111及h桥电机驱动模块采用一片IR 211l可完成两个功率元件的驱动任务，其内部采用自举技术，使得功率元件的驱动电路仅需一个输入级直流电源；可实现对功率MOSFET和IGBT的最优驱动，还具有完善的保护功能。基于三极管的使用机理和特性，在驱动电机中采用H桥功率驱动电路，H桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动永磁步进电机或混合式步进电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电，也就是说绕组有时需正向电流，有时需反向电流，这样绕组电源需用H桥驱
8、动。图3.2 电机驱动模块3.TIL113光耦隔离模块在微机控制系统中，大量应用的是开关量的控制，这些开关量一般经过微机的IO输出，而IO的驱动能力有限，一般不足以驱动一些点磁执行器件，需加接驱动介面电路，为避免微机受到干扰，须采取隔离措施。如可控硅所在的主电路一般是交流强电回路，电压较高，电流较大，不易与微机直接相连，可应用光耦合器将微机控制信号与可控硅触发电路进行隔离。图3.3 TIL113光耦隔离模块4.按键控制模块通过按键实现电机不同状态下的工作图3.4按键控制模块5.单片机最小系统及占空比显示模块 电机的控制，测速功能实现的主要模块 单片机晶振电路，采用12M的晶振图3.5 单片机晶
9、振电路单片机复位电路图3.6 单片机复位电路单片机最小系统及占空比显示模块图3.7单片机最小系统及占空比显示模3.2 系统的软件3.2.1系统电机状态控制程序通过控制PWM1 PWM2的输出影响励磁绕组的电流正反向来实现电机四象限运行功能。通过对单片机输入电平计算就可以实现测速功能。程序框图开始初始化查询等待 启动 不同象限的选择 电机加速/减速 计时 PWM1PWM2的输出矩形波 励磁绕组的电流正反向控制 增大/减少占空比结束 3.2.2系统的测速功能程序若直流电机启动后，让定时器T0开始计时，对单位时间内产生的方波计数为N，根据公式可求出单位时间内的速度VNT。测速部分的设计框Z 开始 初
10、始化 按下OPEN键 定时器T0开始计时 对单位时间内的脉冲计数 N 根据公式计算出电机的速度 数码管显示电机速度 结束3.2.3具体程序电机控制及测速程序：bit PWM1=P27; /定义两路PWM脉冲波输出IOsbit PWM2=P26;sbit SMG1=P12; /定义数码管位选sbit SMG2=P15;sbit ONE=P24; /定义四象限按键控制IOsbit TWO=P25;sbit THREE=P36;sbit FOUR=P37;sbit pwm_rate_crease=P35;/定义占空比改变按键控制IOsbit pwm_rate_decrease=P34;unsigne
11、d char code numtab10=0x18,0xFC,0x52,0x54,0xB4,0x15,0x11,0xDC,0x10,0x14; /声明数码管数字数组uchar i=1;uchar count=0;uint pwm_rate=75; /初始化占空比void DelayMS(uint x) /延时程序 uchar t;while(x-) for(t=0;t35;t+);void OUT_PWM_PULSE() /占空比输出函数if(i%2=1)if(count=1)PWM1=0;PWM2=1;if(count=2)PWM1=0;PWM2=0;if(count=3)PWM1=1;PWM2=0;if(count=4)PWM1=0;PWM2=0;if(i%2=0)PWM1=0;PWM2=0;void main()/主函数 P2=0xff;/初始化IO口P0=0Xff;TMOD = 0x01;/初始化定时器0，设定PWM脉冲波的频率为10khzTH0 = (65535-pwm_rate)/16;TL0 = (65535-pwm_rate)%16;IE = 0x82; /开启定时器中断TR0 = 1;while(1)if(pwm_rate_crease=0|pwm_rate_decrease=0)/按
