直流电机PWM波调速的设计与制作实验报告

《单片机原理与应用》课程设计报告直流电机PWM波调速的设计与制作要求：一、功能要求1、实现利用PWM波控制直流电机的转速；2、用数码管显示PWM波的输出占空比；3、用数码管显示直流电机的转速标志；4、实现对直流电机的速度调制；二、设计过程要求1、查阅资料确定设计方案；2、对设计方案进行仿真验证；3、选择合适的元器件，搭建电路实验验证效果；4、画出PCB图；5、书写设计报告；6、答辩。

三、设计报告要求设计报告主要包括：题目、内容和要求、总体方案和设计思路、仿真电路图、软件设计、仿真调试效果、实验测试效果图、PCB图、心得体会。

姓名：谭德兵学号：12专业：电子科学与技术班级：10级01 班成绩：评阅人：安徽科技学院理学院物电系一、实验设计目的1、掌握脉宽调制的方法；2、用程序实现脉宽调制，并对直流电机进行调速控制；3、学习用LM339内部四个电压比较器产生锯齿波、直流电压、PWM脉宽；4、掌握脉宽调制PWM控制模式；5、掌握电子系统的一般设计方法；6、培养综合应用所学知识来指导实践的能力；7、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法进一步掌握制版、电路调试等技能。

二、实验设计设备单片机开发板，单片机最小系统，驱动器，直流电机，连接导线等三、实验设计原理1)设计总体方案总体设计模块1、STC89C52本设计运用单片机芯片STC89C52，通过控制单片机输出引脚输出的高低电平的延时时间长短来达到控制电机的目的,运用单片机定时器/计数器1对光电编码盘产生的冲进行计数，将所得到的数值送到P0口显示。

8051单片机引脚描述·电源引脚Vcc和Vss : Vcc：电源端，接＋5V，Vss：接地端。

·时钟电路引脚XTAL1和XTAL2：· XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。

· XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。

·地址锁存允许ALE：系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。

·外部程序存储器读选通信号PSEN：PSEN是外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。

·程序存储器地址允许输入端EA /VPP ：当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当·PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。

当EA为低电平时，CPU 只执行片外程序存储器指令。

·复位信号RST：该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。

·输入/输出端口引脚P0，P1，P2和P3：~P0口（～）：该端口为漏极开路的8位准双向口，它为外部低8位地址线和8位数据线复用端口，驱动能力为8个LSTTL负载。

~P1口（～）：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL 负载。

~P2口（～）：它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口的驱动能力也为4个LSTTL 负载。

在访问外部程序存储器时，作为高8位地址线。

~P3口（～）：为内部带上拉电阻的8位准双向~I/O口，P3口除了作为一般的I/O口使用之外，每个引脚都具有第二功能。

2、驱动电路(1)、本实验用的是达林顿反相驱动器ULN2803;ULN2803: 达林顿反相驱动器。

(元件图)ULN2803: 达林顿反相驱动器八路NPN达林顿连接晶体管阵系列特别适用于低辑电平数字电路（诸如TTL, CMOS 或PMOS/NMOS）和较高的电流/电压要求之间的接口，广泛应用于计算机，工业用和消费类产品中的灯、继电器、打印锤或其它类似负载中。

所有器件具有集电极开路输出和续流箱位二极管，用于抑制跃变。

ULN2803的设计与标准TTL系列兼容，而ULN2804最适于6至15伏高电平CMOS或PMOS。

主要特点：达林顿管驱动器包含8个NPN达林顿管高耐压，大电流 器件编号:ULN2803封装类型:AP=DIP18,AFW=SOL18 无铅/RoHS 认证输出击穿电压: 50(V) 输出电流: 500(mA) 输入电阻 :(Ω) 推荐输入电压:5(V) 温度范围:-40℃～+85℃ 包装规格:AFW:Tape&Reel|不要超过每个驱动器的电流的限制[1]3锁存器连接及数码管显示电路（1）、74HC573锁存器本实验利用此锁存器控制数码管的位选和段选； 74HC573: 八进制 3 态非反转透明锁存器74HC573?74HC573引脚图特性：高性能硅门 CMOS 器件· SL74HC573 跟 LS/AL573 的管脚一样。

器件的输入是和标准 CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。

·当锁存使能端LE 为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。

当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。

·×\u36755X 出能直接接到 CMOS ，NMOS 和 TTL 接口上 ×\u25805X 作电压范围：~;;×\u20302X 输入电流： ×CMOS 器件的高噪声抵抗特性OE ￣ 1 20 VCC 1D — 2 19 —1Q 2D — 3 18 —2Q 3D — 4 17 —3Q 4D — 5 16 —4Q 5D —6 15 —5Q 6D —7 14 —6Q 7D —8 13 —7Q 8D —9 12 —8Q GND1011 LE1脚三态允许控制端低电平有效1D~8D 为数据输入端 1Q~8Q 为数据输出端 LE 为锁存控制端（2）、数码管显示本实验用的是7SEG-MPX6-CC型号数码管；数码管的第一位显示的是电机转速标识，第二、三位显示的是PWM波的占空比；4.按键电路加速按键、减速按键分别接单片机的和口以达到控制电机转速的目的；两按键接到单片机上都是低电平有效；2)实验设计思路（1）PWM波PWM(Pulse Width Modulation)简称脉宽调制。

即通过改变输出脉冲的占空比，实现对直流电机进行调速控制。

PWM 一种按规律改变的脉冲序列的脉冲宽度，调节输出量和波形的一种调制方式，常用的是矩形波PWM信号，在控制时需要调节PWM波的占空比。

占空比是指高电平（VH）持续时间在一个周期内的百分比。

控制电机转速时，占空比越大，速度越快,占空比达到100%，速度最快。

通过控制单片机上输出不同占空比的PWM波信号来控制直流电机的转速。

实验线路图：3)实验元器件AT89C52、74HC573锁存器、ULN2803达林顿反相驱动器、直流电机、电阻、电源（VCC）、数码管（7SEG-MPX6-CC）四、实验设计程序(一)、程序流程图（二）、程序源代码（C语言）#include<>#define uchar unsigned charsbit dula=P2^6; //数码管显示段选i/0口定义sbit wela=P2^7; //数码管显示位选I/O口定义sbit dianji=P1^7; //控制电机I/O口定义sbit jia_key=P3^6; //加速键sbit jian_key=P3^7; //减速键uchar num=0,show_num=1,gao_num=1,di_num=3;uchar code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //数码管显示数据表void delay(uchar i) //延时程序{uchar j,k;for(j=i;j>0;j--)for(k=500;k>0;k--);}void display() //数码管显示函数 {dula=0;P0=table[show_num];dula=1;dula=0;P0=0xfe;wela=1;wela=0;delay(5);P0=table[gao_num];dula=1;dula=0;P0=0xfd;wela=0;wela=1;delay(5);P0=table[di_num];dula=1;dula=0;P0=0xfb;wela=0;wela=1;delay(5);P0=table[0];dula=1;dula=0;P0=0x3f;wela=0;wela=1;delay(5);}void key() //按键检测处理函数{if(jia_key==0){delay(5); //消抖if(jia_key==0){num++; //加速键按下速度标志加1 if(num==4)num=3; //已经达到最大3，则保持while(jia_key==0); //等待按键松开}}if(jian_key==0){delay(5);if(jian_key==0){if(num!=0) //减速键按下，速度标志减1num--;elsenum=0; //已经达到最小0，则保持while(jian_key==0); }}}void dispose() //根据速度标志进行数据处理{switch(num){case 0:show_num=1; //数码管第一位显示数据gao_num=1; //PWM信号中高电平持续时间标志1di_num=3; //PWM信号中低电平持续时间标志3，此时速度最慢break;case 1:show_num=2;gao_num=2;di_num=2;break;case 2:show_num=3;gao_num=3;di_num=1;break;case 3:show_num=4;gao_num=4;di_num=0; //此时速度最快break; }}void qudong() //控制电机程序{uchar i;if(di_num!=0){for(i=0;i<di_num;i++){dianji=0; //实现PWM信号低电平输出display(); //利用显示函数其延时作用，也不影响数码管}}for(i=0;i<gao_num;i++){dianji=1; //实现PWM高电平输出display();}}void main(){while(1){dianji=0;key();dispose();qudong();}}五、实验操作（1）、利用实验时提供的单片机应用系统及直流电机驱动电路板，编制控制程序实现直流电机PWM调速控制。