电动机的单片机控制 (2)

摘要本文应用单片机AT89C51和脉冲分配器PMM8713，步进电机驱动器，光电隔离器4N25等，构建了步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。

通过AT89C51和脉冲分配器PMM8713完成步进电机的各种运行控制方式，实现步进电机在3相6拍的工作方式下的正反转控制和加减速控制。

并通过步进电机丝杠连动，带动XY工作台的直线运动，实现从起点A点到预定点B点的位移控制。

整个系统采用模块化设计，结构简单，可靠，通过人机交互换接口可实现各功能设置，操作简单，易于掌握。

该系统可应用于步进电机在机电一体化控制等大多数场合。

关键词：步进电机单片机控制目录绪论 (1)1、步进电机及其发展 (1)1．1步进电机在我国的发展应用及前景 (2)1.2本文研究内容 (2)2、步进电机的分类、结构、工作原理及特性 (2)2.1步进电机的概念 (2)2.2步进电机的特点 (3)2.3步进电机的结构及工作原理 (3)2.4步进电机的常用术语 (4)3、步进电机的单片机控制 (5)3.1步进电机控制系统组成 (5)3.2步进电机控制系统原理 (6)3.3脉冲分配 (6)3.4步进电机与微型机的接口电路 (8)4、步进电机的运行控制 (9)4.1步进电机的速度控制 (9)4.2步进电机的位置控制 (9)4.3步进电机的加减速控制 (10)5、步进电机的程序设计 (11)5.1程序框图 (11)结论 (13)致谢辞 (13)参考文献 (13)绪论步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

51单片机直流电机正反转程序在工业自动化、机器人、电子设备等领域，直流电机是一种常见的电动机。

直流电机具有结构简单、转速范围广、转矩大、控制方便等优点，因此被广泛应用。

在直流电机的控制中，正反转是一种常见的操作。

本文将介绍如何使用51单片机控制直流电机的正反转。

1. 直流电机的原理直流电机是一种将电能转化为机械能的电动机。

它的基本结构由定子、转子、电刷和电枢组成。

当电枢通电时，电枢内部会产生磁场，与定子磁场相互作用，从而产生转矩，使转子转动。

电刷则用来改变电极的极性，使电极的磁场方向与定子磁场方向相互作用，从而使电机正反转。

2. 51单片机控制直流电机的原理51单片机是一种常用的微控制器，具有体积小、功耗低、易于编程等优点。

在控制直流电机时，我们可以使用51单片机来控制电机的正反转。

具体实现方法是通过控制电机的电极极性来改变电机的转向。

3. 51单片机直流电机正反转程序下面是一段使用51单片机控制直流电机正反转的程序：#include <reg52.h>sbit IN1 = P1^0; //定义IN1引脚sbit IN2 = P1^1; //定义IN2引脚void delay(unsigned int t) //延时函数 {unsigned int i, j;for(i=0; i<t; i++)for(j=0; j<125; j++);}void main(){while(1){IN1 = 1; //IN1引脚输出高电平 IN2 = 0; //IN2引脚输出低电平 delay(1000); //延时1秒IN1 = 0; //IN1引脚输出低电平 IN2 = 1; //IN2引脚输出高电平 delay(1000); //延时1秒}```上述程序中，我们使用了P1口的0、1引脚来控制电机的正反转。

当IN1引脚输出高电平、IN2引脚输出低电平时，电机正转；当IN1引脚输出低电平、IN2引脚输出高电平时，电机反转。

前言单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。

它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。

从此，计算机技术在两个重要领域-—通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展，并正在深深地改变着我们的社会。

采用8031单片机控制步进电机，可实现步进电动机正反转控制和步进电动机的无级调速。

分析了步进电机的工作原理,讨论了系统硬件和软件的设计方法,并给出了步进电机的四相八拍单片机控制的具体实现方法。

该系统操作简单，降低了成本，提高了系统的可靠性。

步进电机具有控制方便和体积小等特点,因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用。

近年来大规模集成电路的发展以及各种单片机的迅速发展和普及,为设计功能强、价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源.步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，它的运行需要专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号控制。

每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度,这个角度称为步距角。

脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电动机旋转的速度，改变绕组的通电顺序可以改变电机旋转的方向。

在数字控制系统中，它既可以用作驱动电动机，也可以用作伺服电动机.它在工业过程控制中得到广泛的应用，尤其在智能仪表和需要精确定位的场合应用更为广泛。

1 单片机的基本知识1。

1 概述单片微型计算机简称单片机，由于它的结构及功能均是按工业控制要求设计的,所以其确切的名称应是单片微控制器（Single Chip Microcontroller）.它是把微型机算计的各个功能部件：中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、并行I/O接口、定时器/计数器及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机系统,故又把它称为单片微型计算机系统（Single Chip Microcomputer）.由于单片机面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是应控制领域应用的要求而诞生的.随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等。

单片机直流电机的驱动电路
直流电机是常用的电机类型之一，其驱动电路的设计对于电机的正常运行和控制至关重要。

对于单片机的直流电机驱动电路，一般可以采用H桥电路或PWM控制电路。

首先，简要介绍一下H桥电路。

H桥电路的形状类似于字母“H”，它由四个开关器件（如晶体管或MOSFET）组成。

通过控制开关器件的通断状态，可以改变电机两端的电压极性，从而实现电机的正转和反转。

在H桥电路中，可以采用单片机控制开关器件的通断状态，实现电机的启动、停止、正转和反转等操作。

另外，PWM控制也是一种常见的直流电机控制方法。

PWM控制通过调节电机两端的平均电压值来改变电机的转速，从而达到调速的目的。

在PWM控制电路中，可以采用单片机内部的PWM模块或者利用数字GPIO口进行PWM信号的输出。

通过调节PWM信号的占空比，可以控制电机两端的平均电压值，从而改变电机的转速。

综上所述，单片机在直流电机驱动电路中扮演着重要的角色，通过H桥电路或PWM控制电路可以实现电机的灵活控制。

在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的驱动电路和控制方法。

电动机的单片机控制电动机调速系统可分成三大部分;即控制、驱动、反馈;一、单片机在电动机控制中主要作用1、PWM口广泛地应用在直流电动机控制中,它一经初始化设定后自动发出PWM控制信号,CPU只是在需要调整参数时才介入;2、新型单片机的捕捉功能在电动机控制中用于测频;它相当于老式单片机中用计数器与外中断联合测频功能;3、电动机是一个电磁干扰源,除了采用必要的隔离、屏蔽和电路板合理布线等措施外,看门狗的功能就会显得格外重要;看门狗在工作时不断地监视程序运行的情况;一旦程序“跑飞”,会立刻使单片机复位;4、功率集成电路是电力电子技术与微电子技术相结合的产物;它将半导体功率器件与驱动电路、逻辑控制电路、检测与诊断电路、保护电路集成在一块芯片上,使功率器件含有某种智能功能;二、机电传动系统的动力学基础1、反抗转矩的特点是：转矩的方向总是与转速的方问相反;当运功方向改变时．转矩的方向也改变．它总是阻碍运动进行;因摩擦和非弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所产生的负载转矩都属于反抗转矩;例如．机床加工过程中所产个的负载转矩就是反抗转矩;2、位能转矩则不同．位能转矩的作用方向恒定不变;与运动方向无关;它是由物体的重力和弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所产生的负载转矩;位能转矩在某方向阻碍运动,在相反方向却促进运动;起重机起吊重物时,由于重力的作用方向总是指向地心的．所以它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向;3、电力拖动系统的稳定运行有两种含义：第一是应能以一定的速度匀速运转；第二是系统受到某种外部干扰如电压波动、负载转矩波动等使转速稍有变化时,应保证干扰消除后仍能以原来的转速运行;要做到第一点;就必须使电动机的电磁转矩与负载转矩大小相等,方向相反,相互平衡;这就意味着电动机的机械特性曲线与工作机械的特性曲线有—个交点;但是,有交点只是保证系统稳定的必要条件,它的充分条件是这个交点必须是稳定的平衡点;电力拖动系统稳定运行的必要充分条件是：①、电动机与工作机械的机械特性曲线要有一个交点;②、在这个交点对应的转速之上,必须要保证T＜T Z；而在这个交点对应的转速之下要保证T＞Ｔ;Ｚ三、常用的电力电子器件１、典型驱动电路⑴、EXＢ840它主要由输入隔离电路、驱功放大电路、过流检测及保护电路以及电源组成;ＥＸＢ840的引脚定义如下：引脚1用于连接反偏置电源的滤波电容；引脚2和引脚9分别是电源和地；引脚3为驱动输出；引脚4用于连接外部电容器,以防止过流保护误动作一般场合不需要这个电容；引脚5为过流保护输出；引脚6为IＧＢＴ集电极电压监视端；引脚14和引脚15为驱动信号输入端；其余引脚不用;ＥＸＢ840集成电路驱功IGBT的典型应用电路：2、M57962L集成电路四、单片机对电动机控制的支持1、Ｃ8051用于控制电动机时的输入输出端口设置在I／o口Po、P1、P2与内部资源之间是使用交叉开关进行连接的;当需要将某些内部资源与I／o引脚相连接时．必须通过交叉开关控制寄存器xBRo、xBRl、xBR2进行设置;设置交叉开关控制寄存器XBRo、xBRl、xDR2的作用是：确定被选择的资源;这些被选择的资源分配到哪些I／o引脚上去,则由交叉开关优先表根据排列的优先顺序来确定;2、电动机控制中的模／数转换在C805l中的实现AＤＣ可编程窗口检测器在电动机控制应用中非常有用;它不停地、自动地将AD c输出与用户编程的极限值进行比较;并在检测到越限条件时通知系统控制器;3、电动机控制中的PWM和测频在C8051中的实现在有刷和无则直流电动机的控制中．需要使用脉宽调制PwM技术,通过调节PwM信号的占空比来实现调速;因此,PwM波发生器在直流电动机的控制中是不可缺少的;此外,电动机控制中还经常需要对输出的频率信号进行测频例如,光电编码盘的输出,交流电动机控制中sPwM频率的测试等．实现测频的最简苹的方法是使用捕捉功能;c805l单片机有PwM功能和捕捉功能;这些功能都包含在一个称为可编程计数器列阵PcA当中;PcA除了有PwM功能和捕捉功能外,还有比较功能和高速输出功能;五、电动机控制中常用的位移、角度、转速检测传感器1、光栅位移检测传感器2、光电编码盘角度检测传感器编码盘方向的辨别经过放大整形后的A、B两相脉冲分别输入到D触发器的D端和cP端．如图5—15a所示;因此,D触发器的cP端在A脉冲的上升沿触发;由于A、Ｂ脉冲相位相差90O;当正转时,Ｂ脉冲超前Ａ脉冲90O;触发器总是在Ｂ脉冲处于高电平时触发,如图5—１５b所示,这时Q＝１．表示正转;当反转时．A脉冲超前Ｂ脉冲90O．触发器总是在Ｂ处于低电平时触发,这时Q＝０,表示反转;A、Ｂ脉冲的另一路经与门后．输出计数脉冲;这样,用Ｑ或Ｑ非控制可逆计数器是加计数还是减计数．就可以使可逆计数器对计数脉冲进行计数;Ｃ相脉冲接到计数器的复位端．实现每转动一圈复位一次计数器;这样．无论是正转还是反转,计数值每次反映的都是相对与上次角度的增量,形成增量编码;3、测速发动机六、模拟PID控制原理在模拟PID控制器中,比例环节的作用是对偏差瞬间作出快速反应;偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方向变化;控制作用的强弱取决于比例系数Kp,K P越大,控制越强,但过大的K P会导致系统振荡,破坏系统的稳定性;由式4—2可见．只有当偏差存在时,第一项才有控制量输出;所以,对大部分被控制对象如直流电机的调压调速,要加上适当的与转速和机械负载有关的控制常量u o否则,比例环节将会产生静态误差;积分环节的作用是把偏差的积累作为输出;在控制过程中,只要有偏差存在,积分环节的输出就会不断增大;直到偏差et＝o,输出的ut才可能维持在某一常量,使系统在给定值rt不变的条件下趋于稳态;因此,即使不加控制常量u o,也能消除系统输出的静态误差;积分环节的调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量;积分常数T I越大,积分的积累作用越弱;增大积分常数T I会减慢静态误差的消除过程,但可以减少超调量,提高系统的稳定性;所以,必须根据实际控制的具体要求来确定T I;实际的控制系统除了希望消除静态误差外,还要求加快调节过程;在偏差出现的瞬间,或在偏差变化的瞬间,不但要对偏差量作出立即响应比例环节的作用,而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正;为了实现这一作用．可在PI控制器的基础上加入微分环节,形成PID控制器;微分环节的作用是阻止偏差的变化;它是根据偏差的变化趋势变化速度进行控制;偏差变化得越快,微分控制器的输出就越大,并能在偏差值变大之前进行修正;微分作用的引入,将有肋于减小超调量,克服振荡,使系统趋于稳定．特别对高阶系统非常有利,它加快了系统的跟踪速度;但微分的作用对输人信号的噪声很敏感,对那些噪声较大的系统一般不用微分,或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波;适当地选择微分常数T D,可以使微分的作用达到最忧;七、直流电动机调速系统1、PwM调速原理占空比a表示了在一个周期T里,开关管导通的时间与周期的比值;a的变化范围为o≤a≤1;由式6—2可知,当电源电压Us不变的情况下,电枢的端电压的平均值Uo取决于占空比a的大小,改变a值就可以改变端电压的平均值,从而达到调速的目的,这就是PwM调速原理;在PwM调速时,占空比a是一个重要参数;以下3种方法都可以改变占空比的值;1定宽调频法这种方法是保持t1不变,只改变t2,这样使周期T或频率也随之改变;2调宽调频法这种方法是保持t2不变,而改变t1,这样使周期T或频率也随之改变;3定频调宽法这种方法是使周期T或频率保持不变,而同时改变t1和t2;前2种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期或频率；当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此这2种方法用得很少;目前,在直流电动机的控制中,主要使用定频调宽法;PwM控制信号的产生方法有4种;1分立电子元件组成的PwM信号发生器这种方法是用分立的逻辑电子元件组成PwM信号电路,现已被淘汰了;2软件模拟法利用单片机的一个I／O引脚,通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PwM波输出;这种方法要占用cPu大量时间,使单片机无法进行其他工作,因此也逐渐被淘汰;3专用PWM集成电路从PwM控制技术出现之日起,就有芯片制造商生产专用的PwM集成电路芯片,现在市场上已有许多种;这些芯片除了有PWM信号发生功能外,还有“死区”调节功能、保护功能等;在用单片机控制直流电动机中,使用专用PwM集成电路可以减轻单片机负担、工作更可靠;4单片机的PwM口新一代的单片机增加了许多功能,其中包括PWM功能;单片机通过初始化设置,使其能自动地发出PwM脉冲波;只有在改变占空比时CPUu才进行干预;后2种方法是日前PwM信号获得的主流方法;2、直流电动机的不可逆PWM系统直流电动机PwM控制系统有可逆和不可逆系统之分;可逆系统是指电动机可以正反两个方向旋转；不可逆系统是指电动机只能单向放转;对于可逆系统,又可分为单极性驱动和双极性驱动两种方式;单极性驱动是指在一个PWM周期里,作用在电抠两端的脉冲电压是单一极性的；双极性驱动则是指在一个PwM周期里,作用在电枢两端的脉冲电压是正负交替的;1无制动的不可逆PwM系统电动机的电枢电流不能反向流动,因此它不能工作在制动状态;2有制动的不可逆PwM系统系统增加了一个开关管V2,只在制动时起作用;开关管v1、v2的PwM信号电平方向相反;3、直流电动机双极性驱动可逆PWM系统在每个PwM周期里,当控制信号Ui1高电平时．开关管vl、v4导通,此时Ui2为低电平．因此v2、v3截止,电枢绕组承受从A到B的正向电压；当控制信号Ui1低电平时,开关管vl、v4截止,此时ui2为高电平．因此v2、v3导通,电枢绕组承受从B到A的反向电压;这就是所谓的“双极”;由于在一个PwM周期里电枢电压经历了正反两次变化．因此其平均电压uＯ,可用下式决定：由式6—3可见,双极性可逆PwM驱动时,电枢绕组所受的平均电压取决于占空比ａ大小;当ａ＝o时,uo＝－Ｕｓ,电功机反转．且转速最大；当ａ＝1时．uo ＝Ｕｓ,电动机正转,转速最大,当ａ＝l／2时,uo＝o,电动机不转;虽然此时电动机不转．但电抠绕组中仍然由交变电流流动,使电动机产生高频振荡,这种振荡有利于克服电动机负载的静摩擦,提高动态性能;当电动机在轻载下工作时,负载使电枢电流很小,电流波形基本上围绕横轴上下波动,电流的方向也在不断地变化,如图6—9c所示;在每个PwM周期的o—ｔ１区间．Ｖ２、Ｖ３截止;开始时,由于自感电动势的作用,电枢中的电流维持原流向——从Ｂ到A,电流线路如图6—8中虚线4,经二极管D4、D１到电源,电动机处于再生制动状态;由于二极管的D４、D1钳位作用,此时v1、v4不能导通;当电流衰减到零后,在电源电压的作用下,v1、v4开始导通;电流经V１、V4形成回路,如图6—8中虚线1;这时电枢电流的方向从A到Ｂ．电动机处于电动状态;在每个PwM周期的ｔl＿＿ｔ2区间,vl、v４截止;电枢电流在自感电动势的作用下继续从A到B,其电流流向如图6—8中虚线2．电动机仍处于电动状态;当电流衰减为零后v2、vI开始导通,电流线路如图6—8中的虚线3,电动机处于反接制动状态;所以,在轻载下工作时,电动机的工作状态呈电动和制动交替变化;4、直流电动机单极性驱动可逆PWM系统图6—14是受限单极可逆PwM驱动系统;它与双极可逆系统的驱动电路相同,只是控制方式不同;在要求电动机正转时,开关管vl受PwM控制信号控制,开关管v4施加高电平使其常开；开关管v2、v3施加低电平,使它们全都截止;如图6—14所示的状态;在要求电动机反转时．开关管v3受PwM控制信号控制,开关管v2施加高电平使其常开；开关管v1、v４施加低电平,使它们全都截止;八、交流异步电动机变频调速系统SPWM波发生器SA4828芯片九、步进电动机的单片机控制由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既非常简单、廉价,又非常可靠;同时．它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统;步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比,因此;当它转一转后．没有累计误差,具有良好的跟随型;步进电动机只能通过脉冲电源供电才能运行;它不能直接使用交流电源和直流电源;1、按A—B—C —A顺序轮流给各相绕组通电,磁场按A—B—C方向转过了3600;转子则沿相同方向转过—个齿距角;绕组通电一次的操作称为一拍,转子每拍走一步,转子走一步所转过的角度称为步距角：2、细分驱动细分步法是将步进电动机绕组中的稳定电流分成若干阶级,每进一步时,电流升一级;同时．也相对地提高步进频率,使步进过程平稳进行;步进电动机各相绕组的电流是按照工作方式的节拍轮流通电的;绕组通电的过程非常简单,即通电——断电反复进行;现在我们设想将这一过程复杂化一些,例如,每次通电时电流的幅值并不是一次升到位;而是分成阶级,逐个阶级地上升；同样海次断电时电流也不是一次降到0,而是逐个阶级地下降;如果这样做会发生什么现象我们都知道,电磁力的大小与绕组通电电流的大小有关;当通电相的电流并不马上升到位,而断电相的电流并不立即降为0时,它们所产生的磁场合力;会使转子有一个新的平衡位置,这个新的平衡位置是在原来的步距角范围内;也就是说,如果绕组中电流的波形不再是一个近似方波,而是一个分成N个阶级的近似阶梯波,则电流每升或降一个阶级时．转于转动一小步;当转子按照这样的规律转过N 小步时,实际上相当于它转过一个步距角;这种将一个步距角细分成若干小步的驱动方法,就称为细分驱动;细分驱动使实际步距角更小了,可以大大地提高对执行机构的控制精度;同时．也可以减小或消除振荡、噪声和转短矩动;目前,采用细分技术已经可以将原步距角分成数百份;恒频脉宽调制细分驱动电路：恒频脉宽调制细分驱动电路如图8—20a所示;单片机是控制主体;它通过定时器To输出20 kHz的方波,送D触发器,作为恒频信号;同时,输出阶梯电压的数字信号到D／A转换器．作为控制信号．它的阶梯电压的每一次变化,都使转子走一细分步;恒频脉宽调制细分电路工作原理如下：当D／A转换器输出的ua不变时,恒频信号cLK的上升沿使D触发器输出ub高电平．使开关管Tl、T2导通,绕组中的电流上升,取样电阻Rz上压降增加;当这个压降大于ua时,比较器输出低电平,使D触发器输出ub低电平．Tl、T2截止,绕组的电流下降;这使得Rz上的压降小于ua,比较器输出高电平,使D触发器输出高电平,T1、T2导通,绕组中的电流重新上升;这样的过程反复进行,使绕组电流的波顶锯齿形;因为cLK的频率较高,锯齿形波纹会很小;当ua上升突变时,取样电阻上的压降小于ua,电流有较长的上升时间,电流幅值大幅增长．上升了一个阶级,如图8—20b所示;同样,当ua下降突变时,取样电阻上的压降有较长时间大于ua,比较器输出低电乎,CLK的上升沿即使使D触发器输出1也马上被清0;电源始终被切断．使电流幅值大幅下降,降到新的阶级为止;以上过程重复进行;ua的每一次突变,就会使转子转过一个细分步;ucN5804B集成电路芯片适用于四相步进电动机的单极性驱动：图8—21是这种芯片的一个典型应用;结合图8—21可以看出芯片的各引脚功能为：4、5、12、13脚为接地引脚,1、3、6、8脚为输出引脚,电动机各相的接线如图；14脚控制电动机的转向,其中低电乎为正转,高电平为反转；11脚是步进脉冲的输入端；9、10脚决定工作方式;3、步进电动机的单片机控制1控制换相顺序2控制步进电动机的转向3控制步进电动机的速度脉冲的频率决定了步进电动机的转速;步进电动机的速度控制通过控制单片机发出的步进脉冲频率来实现;对于图8—22所示的软脉冲分配方式,可以采用调整两个控制字之间的时间间隔来实现调速;对于图8—23所示的硬脉冲分配方式,可以控制步进脉冲的频率来实现调速;第一种是通过软件延时的方法;改变延时的时间长度就可以改变输出脉冲的频率；但这种方法使cPu长时间等待,占用大量机时,因此没有实用价值;第二种是通过定时器中断的方法;在中断服务子程序中进行脉冲输出操作．调整定时器的定时常数就可以实现调速;这种方法占用cPu时间较少,在各种单片机中部能实现,是一种比较实用的调速方法;4、脉冲分配1通过软件实现脉冲分配2通过硬件实现脉冲分配8713脉冲分配器与单片机的接口例子如图8—23所示,本例选用单时钟输入方式,8713的3脚为步进脉冲输入端,4脚为转向控制端,这两个引脚的输入均由单片机提供和控制;选用对四相步进电动机进行八拍方式控制,所以5、6、7脚均接高电乎;5、步进电动机的运行控制1步进电动机的位置控制需要两个参数;第一个参数是步进电动机控制的执行机构当前的位置参数,我们称为绝对位置;绝对位置是有极限的,其极限是执行机构运动的范围,超越了这个极限就应报警;第二个参数是从当前位置移动到目标位置的距离,我们可以用折算的方式将这个距离折算成步进电动机的步数;这个参数是外界通过键盘或可调电位器旋钮输入的,所以折算的工作应该在键盘程序或A／D转换程序中完成;2步进电动机的加、减速控制十、无刷直流电动机1、工作原理无刷直流电动机是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关线路3部分组成．无刷直流电动机为了去掉电刷．将电枢放到定子上去．而转子做成永磁体,这样的结构正好与普通直流电动机相反；然而,即使这样改变还不够,因为定子上的电枢通入直流电以后,只能产生不变的磁场,电动机依然转不起来;为了使电动机的转子转起来．必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电;这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化,使定子磁场与转子永磁磁场始终保持900左右的空间角,产生转矩推动转子旋转;图9—9是三相无刷直流电动机的工作原理因;采用光电式位置传感器,电动机的定子绕组分别为A相、B相、c相,因此,光电式位置传感器上也有3个光敏接收元件vl、vz、v3与之对应;3个光敏接收元件在空间上间隔1200,分别控制3个开关管vA、vB、vC本例为半桥式驱动,只用3个开关管;这3个开关管则控制对应相绕组的通电与断电;遮光板安装在转子上,安装的位置与图中转子的位置相对应;为了简化,转于只有一对磁极;当转子处于图9—l0a所示的位置时,遮光板遮住光敏接收元件v2、v3,只有v1可以透光;因此,V1输出高电平使开关管vA导通．A相绕组通电．而B、c两相处于断电状态;A相绕组通电使定子产生的磁场与转子的永磁磁场相互作用．产生的转矩推动转子逆时针转动;当转子转到图9—10b的位置时,遮光板遮住vl,并使v2透光;因此,v1输出低电乎使开关管V A截止,A相断电;同时,V2输出高电平使开关管vB导通,B相通电,c相状态不变;这样由于通电相发生了变化,使定子磁场方向也发生了变化,与转子永磁磁场相互作用,仍然会产生与前面过程同样大的转矩．推动转子继续逆时针转动;当转子转到图9—l0c的位置时,遮光板遮住V2,同时使v3透光;因此,B相断电、c相通电,定子磁场方向又发生变化,继续推动转子转到图9—10d的位置,使转子转过一周又回到原来位置;如此循环下去,电动机就转动起来了;2、无刷直流电动机的单片机控制c805l的P1口作为输出口,通过驱功器7407控制全桥驱动电路上桥臂的P沟道MOSFETV1、V3、V5．通过与门7409控制下桥臂的N沟道MoSFETV4、V6、V2;C8051的Po．o作为PWM输出门．控制电动机的转速;Po．1一P0．6作为输入口．连接位置传感器输出的控制信号;c8051的所有输出口都接上拉电阻．与5v负载电平相匹配;1．换相控制本例中采用三相全桥星形联结也可以采用三相全桥角形联结;不管使用二二导通方式还是三三导通方式．都有6种导通状态,转了每转600换—种状态;导通状态的转换通过软件来完成;软件控制导通状态转换飞常简单．即根据位置传感器的输出信号H1、H2、H3,不断地取相应的控制字送P1口来实现;因此;如果采用霍尔式位置传感器,根据P1口与MosFET管的连接关系;2．转速控制无刷直流电动机的转速控制原理与普通直流电动机一样．可以通过PwM方法来控制电枢的通电电流．实现转速的控制;本例中,通过c8051的PwM口,控制3个与门7409的B输入端;当PWM口输出低电平时．使与门7409输出低电平,开关电路的MOSFET管v4、v6、v2被封锁；当PwM口输出高电平时,与门7409的输出状态取决于单片机的控制字,MOsFET管v4、v6、v2的导通与截止按正常换相状态进行;由于采用了PwM口．单片机可以自动地输出PwM波．减轻了单片机的负担;3．转向控制只要改变开关管通电顺序就可以实现电动机的反转; 转向的控制可通过软件来完成的,通过送反转控制字到P1即可;4．启动限流控制图9—25的限流电路是由采样电阻R和比较器LM324硬件组成;当电动机启动时,启动电流增大,在采样电阻R上的压降增大,当压降等于给定电压u0时,比较器LM324输出低电平,使MosFET开关管v4、v6、v2被关断,R上的电流迅速减小;R上的压阵也减小,当压降降到小于给定电压u0时,比较器输出高电乎,使M0sFET刀：关管v4、v6、v2恢复正常的通断顺序;如此下去,电流被限制在u0／R上下,达到限流的目的;。

单片机的电机功率控制技术单片机（Microcontroller Unit，MCU）作为嵌入式系统的核心部件，被广泛应用于各种电子设备中。

在众多应用中，电机功率控制技术是其中重要的一部分。

本文将介绍单片机电机功率控制技术的原理和应用。

一、电机功率控制技术的原理电机功率控制技术旨在通过对电机供电进行调节，达到控制电机输出功率的目的。

传统的电机功率控制方法主要依靠开关电源、变频调速等手段实现。

而基于单片机的电机功率控制技术，通过调整PWM信号的占空比，实现对电机的精确控制。

单片机作为控制核心，通过与电机驱动电路、功率电路直接相连，实现对电机供电的精确调控。

通过调整单片机输出的PWM信号的占空比，可以控制电机的速度、转矩和功率。

二、电机功率控制技术的应用1. 电动机驱动系统单片机的电机功率控制技术广泛应用于各种电动机驱动系统中。

例如，汽车电动车窗的升降系统、空调室外机的风扇控制、机械手臂的电机控制等。

在这些应用中，单片机通过接收来自传感器的反馈信号，实时调整PWM信号的占空比，控制电机的功率输出。

通过精确的控制，可以实现电机的高效工作，并满足系统对速度、转矩和功率的要求。

2. 电机调速系统单片机的电机功率控制技术在电机调速系统中也得到了广泛应用。

例如，电动车辆中的电机调速系统、电动工具中的电机调速系统等。

通过单片机对PWM信号进行调节，电机的转速可以精确控制。

在电机调速系统中，单片机可以根据要求调整电机的输出功率，实现对电机转速的精确控制。

三、单片机电机功率控制技术的优势相比传统的电机功率控制方法，单片机电机功率控制技术具有以下优势：1. 精确控制：通过调节PWM信号的占空比，可以实现对电机功率的精确控制，满足系统的要求。

2. 反馈控制：单片机可以接收来自传感器的反馈信号，实时调整电机的功率输出。

通过反馈控制，可以使系统对电机的控制更加精确和稳定。

3. 低成本：与传统电机功率控制方法相比，单片机电机功率控制技术的硬件成本相对较低。

51系列单片机控制步进电机调速实验实验目的及要求：1、熟悉步进电机的工作原理2、熟悉51系列单片机的工作原理及调试方法3、设计基于51系列单片机控制的步进电机调速原理图(要求实现电机的速度反馈测量，测量方式：数字测量)4、实现51系列单片机对步进电机的速度控制(步进电机由实验中心提供，具体型号42BYG )由按钮控制步进电机的启动与停止；实现加速、匀速、和减速控制。

速度设定由键盘设定，步进电机的反馈速度由LED数码管显示。

实验原理：步进电机控制原理一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。

步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。

步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。

因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。

步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。

由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。

随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。

步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。

步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号可以由单片机产生。

电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。

0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：(图2所示)图1 是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。

单片机控制电机的原理
单片机控制电机的原理是通过单片机输出的数字信号控制电机的驱动电路，从而控制电机的转动。

首先，单片机通过输出的数字信号控制一个电平转换电路，将数字信号转换为合适的电平信号。

这个电平信号经过放大电路后，作为控制信号送入电机驱动电路。

电机驱动电路包括功率放大器和电机驱动芯片。

它负责将控制信号转化为电机所需的电流或电压信号，进而控制电机的转速、转向和停止等运动状态。

电机通过接收驱动电路发送的电流或电压信号，将其转化为机械能。

其中直流电机通过提供适当的电压和电流，使电机的转子产生静电力矩，推动转子旋转；而交流电机则通过交变的电压信号，引起电机线圈内的磁场变化，产生感应力矩，从而使电机转动。

单片机内部的程序可以根据需要控制输出信号的频率、占空比和极性，从而实现对电机的精确控制。

根据不同的应用需求，可以利用单片机的定时器、计数器和PWM输出等功能，实现
电机的速度调节、位置控制和运动方向控制等功能。

单片机电机限位在现代工业生产中，电机的限位控制是一个非常重要的问题。

单片机作为一种常用的控制器，被广泛应用于电机限位系统中。

单片机电机限位系统通过对电机的运动进行监控和控制，实现了电机在一定范围内的精确定位。

本文将重点探讨单片机在电机限位中的应用，分析其优势和不足，并从硬件设计、软件开发和系统优化等方面展开研究。

首先，单片机作为控制器在电机限位中的应用是非常广泛的。

它可以通过编程实现对电机的开关控制、速度调节和位置定位等功能，从而实现电机在工作过程中的限位控制。

单片机具有响应速度快、精度高、便于程序设计和调试等优点，使其成为电机限位系统中的理想选择。

在硬件设计方面，单片机电机限位系统通常由单片机、电机驱动器、传感器和执行器等组成。

单片机通过读取传感器模块的信号，判断电机当前的位置和速度，并根据预设的限位条件进行控制。

在硬件设计过程中，需要考虑电路的稳定性、抗干扰能力、功耗等因素，以确保系统的正常运行和稳定性。

此外，软件开发是单片机电机限位系统中至关重要的一环。

通过合理的算法设计和程序编写，可以实现电机限位系统的高效、稳定工作。

在软件开发过程中，需要考虑实时性、稳定性和灵活性等因素，同时要合理利用单片机的资源，充分发挥其性能优势。

系统优化是单片机电机限位系统设计中的重要环节。

通过对系统进行实时监测和调整，可以提高系统的性能和运行效率。

在系统优化过程中，需要考虑硬件、软件和通信等方面的协调和优化，以确保系统在工作过程中的稳定性和可靠性。

在实际应用中，单片机电机限位系统已经被广泛应用于各种工业控制领域。

例如，在自动化生产线上，电机限位系统可以精确控制物料的运动和位置，提高生产效率和质量。

在机械设备中，电机限位系统可以实现机械臂、输送带等设备的精准控制，提高设备的性能和稳定性。

总的来说，单片机电机限位系统是一种高效、稳定的控制方案，具有广泛的应用前景和发展空间。

通过不断的研究和实践，我们可以进一步优化系统性能，提高系统的可靠性和稳定性，为工业生产和自动化控制领域的发展做出贡献。

单片机控制步进电机正反转的实际应用程序/*这是一个控制步进电机正反转的实际应用程序*//*选用的是三相步进电机驱动器,p14口线用做步进电机的脉冲控制*//*p13口线用做步进电机的方向控制。

p15,p16,p17是光耦开关量输入*//*信号端，p20,p21,p22,p23与x25045看门狗存储器相连*//*k7,k8键是设定步进电机转动速度参数的加减键*//*k9是启动运行键，按一下k9，步进电机开始运行，直到p17口线有信号输入才停止*/ /*k10是停止键，任何时候按下k10都将停止步进电机当前的运行*//*k11是步进运行键，按一下，步进电机动一下*//*k12键是反向运行键，按一下，步进电机开始反向运行，知道p15口线有信号才停止*/ /*如果p16口线有信号输入，则只有k12键才起作用，其它键都没反应。

*/START:do;$INCLUDE(REG51.DCL)DECLARE (addrl,n,I,j,ok,ds) byte; /*定义变量*/declare l(5) byte;declare (dat,data) byte at (30h);declare delay word;DECLARE ACO(11) BYTE CONSTANT (05h,9fh,23h,0bh,99h,49h,/*定义LED段码表*/ 41h,1fh,01h,09h,00h);declare si literally 'p21',sck literally 'p20'; /*X25045囗线定义*/declare so literally 'p22',cs literally 'p23';dog:procedure; /* 初始化看门狗x25045 */cs=1;call time(1);cs=0;call time(1);cs=1;end dog;run:procedure; /*步进电机运行脉冲输出程序*/if ok=1 thencall dog;do;p14=0;call time(1);p14=1;call time(1);end;end run;DISPLAY:PROCEDURE(L0,L10); /*显示子程序*/DECLARE (L0,L10) BYTE; /*定义显示二位*/n=L10;n=aco(n); /*十位数BCD码译成段码*/sbuf=n; /*十位数送164显示*/do while ti=0; /*等待发送结束*/call dog; /*看门狗定时器复位*/end;n=L0;n=aco(n);sbuf=n; /*个位数送164显示*/do while ti=0;call dog;end;end display;outbyt: procedure(da); /*向看门狗存储器写入一字节*/ declare (i,da) byte;j=da; /*将要写入的字节赋给临时变量J */do i=0 to 7; /*左移8位，送到口线si */sck=0;j=scl(j,1);si=cy;sck=1; /*每移一位数据，跟一个时钟信号*/end;end outbyt;inbyt: procedure; /* 从看门狗存储器读出一字节*/ declare (i,di) byte;j=0;do i=0 to 7;sck=1;sck=0;cy=so;j=scl(j,1); /*从看门狗存储器读出一字节送入临时变量j*/ end;dat=j;end inbyt;wrenable: procedure; /* 置看门狗写使能*/sck=0;cs=0;; /* write enable command */call outbyt(06h); /* x25045 写使能指令06h */cs=1;sck=0;end wrenable;wrdisable: procedure; /* 置看门狗写禁止*/sck=0;cs=0;; /* write disable command */call outbyt(04h);sck=0;cs=1;end wrdisable;wrregister: procedure; /* 写状态寄存器*/sck=0;cs=0;dat=01h; /* write register command */call outbyt(dat);; /* 00h--1.4S, 20h--200MS, 10h--600MS, 30h--disable Wdog */ call outbyt(00h); /* 设定看门狗定时时间*/;sck=0;cs=1;call time(200); /* wait to complete writting cycle */end wrregister;rdregister:procedure; /* 读看门狗状态寄存器*/sck=0;cs=0;; /* register read command */call outbyt(05h);call inbyt; /* status register read in <DAT> */sck=0;cs=1;end rdregister;wbyte:procedure; /* 看门狗存储器字节写入子程序*/ declare comm byte;sck=0;cs=0;comm=02h; /* 写指令02h */call outbyt(comm);call outbyt(addrl);call outbyt(dat); /* send one byte data to X25043 */cs=1;sck=0;call time(150);end wbyte;rbyte:procedure; /*看门狗存储器字节读出子程序*/declare comm byte;sck=0;cs=0;comm=03h; /* read command */call outbyt(comm);call outbyt(addrl);call inbyt; /* read one byte to <DAT> */sck=0;cs=1;end rbyte;incdata: procedure; /* 参数修改--"加"键处理子程序+ */if p10=0 then /* 如果K7键按下*/do;do while p10=0; /* 等待键松开有效*/call dog; /* 此处必需调用看门狗复位子程序（"喂狗"），否则程序将被看门狗复位*/ end;data=data+1; /* 设定值+1 */if data>99 then data=1; /* 规定设定值的上限*/L(1)=data MOD 10; /*将设定值的十位数拆出来送给十位数显示变量L(1) */L(2)=data/10; /*将设定值的个位数拆出来送给个位数显示变量L(2) */call display(L(1),L(2)); /* 将改变后的设定值送164显示出来*/call time(200); /* 延时*/call dog;call time(200);call dog;call wrenable; /* 置存储器写使能*/addrl=00h; /* 置存储器地址*/dat=l(1);call wbyte; /* 将变量L(1)的值写入存储器00h位置*/call wrenable;addrl=01h;dat=l(2);call wbyte; /* 将变量L(2)的值写入存储器01h位置*/end;end incdata;decdata: PROCEDURE; /* 参数修改---"减"键处理子程序- */IF p11=0 THEN /* k8 键处理子程序*/do;do while p11=0;call dog;end;DATA=DATA-1; /* 设定值-1 */if data=0 then data=99;L(1)=data MOD 10;L(2)=data/10;call display(l(1),l(2));call dog;call time(200);call dog;call time(200);call dog;call wrenable;addrl=00h;dat=l(1);call wbyte;call wrenable;addrl=01h;dat=l(2);call wbyte;end;END decdata;starton: PROCEDURE; /* start */declare sd byte;if p12=0 THEN /* K9键处理子程序*/do;do while p12=0;call dog;end;if p17=0 then ok=0; /* 如果p17 口线上有信号输入，则运行标志置0 （停止运行）*/ p13=1; /* 置步进电机正向运转*/call time(200);call dog;do while ok=1; /* 当运行标志为1时，执行速度延时操作*/do sd= 0 to data; /* 根据设定值data的数值延时来确定步进电机运行时的脉冲给定速度*/call dog;end;end;END starton;step: PROCEDURE; /* step */declare sd byte;p13=1; /* 置步进电机正向运转*/call time(200);IF p33=0 THEN /* k11键处理子程序*/do;if p17=0 then ok=0; /* 如果p17上有信号输入，则停止运行*/do while p33=0;do sd= 0 to data; /* 调用延时，调整步进电机的运行速度*/call dog;call time(2);end;call run;call dog;end;end;ok=0;END step;back: PROCEDURE; /* 反向运行处理子程序*/declare sd byte;IF p34=0 THENdo;do while p34=0;call dog;end;if p15=0 then ok=0; /* 反向运行时，如果遇到p15上有信号输入，则停止步进电机运行*/ p13=0; /* 置步进电机反向运行*/call time(200);call dog;do while ok=1;do sd=0 to data; /*根据设定值调节步进电机的运行速度*/call dog;call time(2);end;call run;if (p15=0 or p32=0 ) then ok=0; /* p15 或p32 口线任意一个有信号输入，停止运行*/ end;end;END back;MAIN$PROGRAM: /* 初始化主程序*/ea=0; /* 关中断*/SCON=00h; /*置串口方式0 ，串行数据输出模式*/PCON=00h;tmod=11h;enable; /* 开中断(ea=1) */SCK=0;cs=1; /* 定义存储器口线初始状态*/call wrenable;call wrregister; /* 看门狗存储器初始化*/call wrenable;call dog;p2=0ffh; /* 初始化各个口线的状态*/p1=0ffh;ok=0;p14=1;p32=1;p33=1;p34=1;p13=1;ADDRL=00h; /* 上电复位后从存储器中读出设定的速度值*/CALL rbyte;l(1)=dat;addrl=01h;call rbyte;l(2)=dat;DATA=L(1)+L(2)*10; /*将读出的值合并成十进制，存入变量data中*/ /* 以下是主循环程序*/LOOP:IF p10=0 THEN CALL incdata; /* 检测各个按键是否有按下*/IF p11=0 THEN CALL decdata;if p12=0 thendo;ok=1;call starton;end;if p34=0 thendo;ok=1;call back;end;if p33=0 thendo;ok=1;call step;end;call dog;CALL DISPLAY(L(1),L(2)); /* 将设定值送164显示*/call dog;CALL TIME(100);call dog;GOTO LOOP;END START;。

单片机控制小功率直流电机一. 设计要求：用单片机控制直流电机加速、减速、正反转和停止。

二. 设计方案分析1、方案设计：直流电机只要能提供一定的直流就可以转动，改变电压极性可以改变转动方向，可以通过给直流电机提供脉冲信号来驱动它，脉冲信号的占空比可以影响到直流电机的平均速度，因此可以通过调整占空比从而能实现调速的目的。

直流电机的驱动电路要有过流保护作用，可用二极管来实现，另外电机的驱动电流是比较大的所以需要用三极管来放大电流。

程序的关键就是如何实现占空比的调整，这个可以通过对51单片机定时器重装初值进行改变，从而改变时间。

设计中用到的元件：STC89C52、晶振（12MHz）、小按键、三极管、二极管、电容、电阻等。

2、背景知识介绍：直流电机调速原理本设计的主要思想为利用PWM控制占空比从而达到改变电机速度。

下面为PWM控制原理；图1为PWM降压斩波器的原理电路及输出电压波形。

在图1a中，假定晶体管V1先导通T1，秒(忽略V1的管压降，这期间电源电压Ud全部加到电枢上)，然后关断T2秒(这期间电枢端电压为零)。

如此反复，则电枢端电压波形如图1b中所示。

电动机电枢端电压Ua为其平均值。

图1 PWM降压斩波器原理电路及输出电压波形a) 原理图 b)输出电压波形 1112a d d d T T U U U U T T Tα===+ (3) 式(3)中1112T T T T Tα==+ （4）α为一个周期T 中，晶体管V1导通时间的比率，称为负载率或占空比。

使用下面三种方法中的任何一种，都可以改变α的值，从而达到调压的目的：(1)定宽调频法：T1保持一定，使T2在0～∞范围内变化；(2)调宽调频法：T2保持一定，使T1在0～∞范围内变化(3)定频调宽法：T1+T2=T 保持一定，使T ，在0～T 范围内变化。

不管哪种方法，α的变化范围均为0≤α≤l ，因而电枢电压平均值Ua 的调节范围为0～Ud ，均为正值，即电动机只能在某一方向调速，称为不可逆调速。

单片机控制步进电机的原理
单片机控制步进电机是通过对步进电机的相序进行控制，从而实现不同的转动效果。

步进电机通常由定子和转子组成，定子上的绕组接通不同的电流即可实现不同的步进角度。

在单片机控制步进电机过程中，首先需要电源为步进电机提供工作电压。

然后，通过单片机的输出引脚来控制步进电机驱动器的相序，驱动器根据接收到的相序信号，将不同的电流通入步进电机的不同相序绕组，从而引起转子的步进运动。

单片机通常会配置一个时序驱动器，用来产生相序信号。

时序驱动器内部会保存一个相序表，包含所有可能的相序组合。

单片机通过改变时序驱动器的输入信号，来改变驱动器输出的相序信号，从而实现对步进电机的控制。

在实际应用中，单片机一般使用脉冲信号来驱动步进电机。

每个脉冲信号会引起步进电机转动一个固定的角度，这个角度取决于步进电机的结构特性，如步距角等。

通过改变脉冲信号的频率和相序，可以控制步进电机的转速和转向。

例如，正转时，依次给出相序A、B、C、D；反转时，依次给出相序D、C、B、A。

这样，单片机通过控制相序信
号的变化，就能控制步进电机的运动模式。

除此之外，单片机还可以结合其他传感器信息来实现更复杂的步进电机控制。

例如，通过接收光电传感器的信号，可以实现步进电机在指定位置停止；通过接收陀螺仪的信号，可以实现
步进电机的姿态控制等。

总之，单片机控制步进电机的原理是通过改变步进电机的相序，从而控制步进电机的转动效果。

这样的控制方式简单可靠，广泛应用于各种工业自动化和机器人控制领域。

单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日目录设计题目 (1)1 设计要求及主要技术指标： (1)1.1 设计要求 (1)1.2 主要技术指标 (2)2 设计过程 (2)2.1 题目分析 (4)2.2 整体构思 (4)2.3 具体实现 ................... 错误!未定义书签。

3 元件说明及相关计算 (5)3.1 元件说明 (5)3.2 相关计算 (6)4 调试过程 (6)4.1 调试过程 (6)4.2 遇到问题及解决措施 (7)5 心得体会 (7)参考文献 (8)附录一：电路原理图 (9)附录二：程序清单 (9)设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。

电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。

通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。

电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。

关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；PWM波形；LED显示器；51单片机1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。

1.1 设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。

（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。

（3）设计一个4个按键的键盘。

K1:“启动/停止”。

K2：“正转/反转”。

K3：“加速”。

K4:“减速”。

（4）手动控制。

在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。

用单片机控制直流电动机摘要本设计为单片机控制直流电动机，采用单极性可逆PWM驱动。

操作者由键盘控制电动机执行15种功能，并可由LED与电动机转速显示出控制效果。

在实现上，PWM调速采用定频调宽法，系统稳定性较好；电动机输入脉冲的电平转换采用双定时器中断实现，可节省CPU资源；键盘输入采用阵列式输入，用4*4的键盘形式，这样可以有效的减少对单片机I/O口的占用.关键词：PWM 定频调宽双定时器中断正文1.系统分析与论证●系统总体框图通过按动15个按键来实现对电动机的正反转，逐步加、减速与分档加减速控制。

●PWM调速方法的方案论证PWM调速原理如图1.1所示图1.1根据改变占空比方法的不同，PWM调速可分为以下三种：(1)定宽调频这种方法是保持T1不变，只改变T2，使周期也随之改变。

(2)调频调宽这种方法是保持T2不变，而改变T1，使周期也随之改变。

(3)定频调宽这种方法是保持周期T不变，而同时改变T1和T2。

前两种方案由于在调速时改变了脉冲频率，故当控制脉冲频率与系统固有频率接近时，将会引起振荡，因此采用定频调宽。

●PWM控制信号的产生方案论证PWM控制信号的产生方法有四种，分述如下：(1)分立电子元件组成的PWM信号发生器这种方法是用分立的逻辑电子元件组成PWM信号电路。

此方法优点是不用软件设计，但硬件较为庞大。

(2)软件模拟法这种方法是利用单片机的I/O引脚，通过软件对该引脚不断输出高低电平来实现PWM信号输入。

此种方法虽然要占用CPU，但硬件大为减少。

(3)专用PWM集成电路此种芯片的使用可减轻单片机负担，硬件电路也不大。

(4)单片机的PWM口新一代的单片机可通过初始化设置，使其自动发出PWM脉冲波，只有在改变占空比时CPU才进行干预。

后两种是目前PWM信号获得的主流方案，但考虑到本系统较小，单片机的CPU资源亦未得到充分利用，故采用第二种方案●软件中改变PWM占空比的方案论证(1)软件延时高电平与低电平的持续时间由软件延时，延时时间由寄存在两个寄存器中的数据来控制。

单片机霍尔电机控制
单片机控制是实现霍尔电机精准控制的有效方式。

这种方式能够获取电机转速和位置等重要信息,并根据需求进行相应的调节和控制。

下面就从原理、硬件和软件三个方面简要介绍单片机如何控制霍尔电机。

1. 工作原理
霍尔电机内部通常集成有霍尔传感器,它能根据电机转子的位置输出不同的数字信号。

单片机通过检测这些数字信号,可以精确获知电机的转速和位置。

根据目标值与实际值的偏差,单片机再对电机的激励电流进行动态调整,使其达到期望的转速或位置。

2. 硬件设计
硬件部分包括霍尔电机本体、驱动电路和单片机等。

驱动电路一般采用H桥结构,负责为电机提供正反转的驱动电流。

单片机则通过GPIO口输出PWM波控制H桥导通时间,实现对电流的调节。

此外,单片机还需读取霍尔传感器输出的数字量,以获取电机状态反馈。

3. 软件设计
软件算法是实现闭环控制的关键。

根据控制目标的不同,可以采用PID、反电势补偿等不同的控制策略。

一般来说,软件首先需要对霍尔传感器信号进行解码,以获取电机真实转速/位置值。

然后将其与目标值进行比较,经过控制算法计算得到期望的电流值,再经过PWM 调制输出到驱动电路。

整个过程构成了一个典型的反馈控制环路。

单片机控制霍尔电机的过程就是读取反馈信号、执行控制算法并输出调节量的周而复始的闭环控制过程。

这种方式可以很好地满足对电机的高精度、高响应性能要求,是实现智能化控制的不二选择。

单片机通过电调控制无刷电机
单片机输出一定的频率和一定脉宽的PWM波，模拟飞控的油门控制，从而解锁电调，通过调节PWM脉宽，控制电调，从而控制无刷电机的转速。

电调接线
我这里使用过的是XXD 新西达 30A 的电调。

如图中，电调上有8根线，
蓝色的三根线与无数电机的三根线链接；
黑色和红色为电源的正负极，红色为正极，黑色为负极，接至电源即可，电源供电电
压范围根据自己购买的电调属性确认，我这款供电范围为：4 ~ 16V，一般供电12V；
三根细线为控制信号线，其中黄色-信号线，输入PWM；红色-电源线，接至5V；棕
色-地线。

如上图，无数电机三根线与电调三根蓝色线接即可，接线方式任意，若发现电机旋转
方向相反，只要调整上述三根的任意两根线即可。

电调的解锁与调速
第一次使用电调时，需要识别飞控的最大行程和最小行程，即解锁。

方法如下：
输入PWM 频率为 50HZ，脉宽为2ms(10%占空比)，电调上电，会听到“BB”两声；
调整脉宽为1ms（5%占空比），会听到“BBB”三声，解锁完毕。

电调解锁完毕后，只需要在1ms ~ 2ms（5% - 10%占空比）之间，调整脉宽，即可调整无刷电机转速,1ms为停止，2ms为最大转速。

输入PWM可以通过信号发生器输入，也可通过单片机PWM模块配置输入。

单片机控制的步进电机自适应调速方法孙　侃(广东中山大松通用机电有限公司技术开发部,528437)摘　要　介绍了步进电机速度自适应控制实现的机理,步进电机分段变速控制中频率运行代码、与频率运行代码相对应的最高运行频率、最小运行步长三者的对应关系,最后介绍了程序设计方法。

这种由单片机实现的步进电机自适应调速方法已得到实际应用,取得了较满意的结果。

关键词　步进电机　单片机　自适应调速　变频信号源 步进电机的变速控制———自动加/减速控制,是步进电机的基本变速方式,常用于位置控制场合。

在这种场合,要求步进电机对运动对象进行步长长度不等的实时位置控制,通常步长的变化范围还很大,如何利用这个基本变速方式进行有效的不失步控制,以满足控制的“快而不失步”的实际需要,是步进电机开环控制的中心问题。

对步长较大的定位控制,可以使步进电机总是以等高、等腰梯形的升降频曲线轨迹来运行,梯形曲线的高度就是步进电机恒频段的最高运行频率,它与步长无关;而当步长较小时,这个恒频段最高运行频率与步长大小是否也没有关系呢?本文就这个问题,对步进电机在步长较大和较小的位置控制中,如何实现位置的速度自适应控制进行讨论。

11　步进电机控制系统步进电机控制系统如图1所示。

变频信号源是一个脉冲频率由几赫到几千赫可连续变化的信号发生器,它为脉冲分配器提供脉冲序列。

脉冲分配器则根据方向控制信号把脉冲信号按一定的逻辑关系加到脉冲驱动放大器上进行放大,以驱动步进电机的转动。

因此变频信号源产生的脉冲序列是步进电机控制的基础。

本文要阐述的就是由单片机系统实现的变频信号源产生的脉冲序列如何满足步进电机速度自适应控制的思路和方法。

图1　步进电机控制图21　步进电机速度自适应控制实现的机理我们知道步进电机的转速可用下式表示(以反应式步进电机、负载不变的情形为例):n=60fZN　(r/min)式中f为控制脉冲的频率,Z为转子齿数,N 为运行拍数。

由上式可见步进电机转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。