文档介绍：引言
直流电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation—简称PWM)调速产生于20世纪70年代中期,最早用于自动跟踪天文望远镜,自动记录仪表等的驱动,后来用于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展,PWM技术得到了高速发展,各式各样的脉宽调速控制器,脉宽调速模块也应运而生,许多单片机也都有了PWM输出功能。而MCS—51系列单片机作为应用最广泛的单片机之一,却没有PWM输出功能,本课设采用配合软件的方法实现了MCS—51单片机的PWM输出调速功能,这对精度要求不高的场合时非常实用的。
1 系统设计介绍

该课设是基于单片机利用脉冲宽度调制来控制伺服直流电动机的转速以及转向,是一个典型的控制系统。
脉冲宽度调制主要是改变脉冲信号的占空比来实现控制的。当增加脉冲的占空比,伺服直流电动机转速增加;反之,其速度降低。所以通过控制脉冲的占空比可以控制伺服直流电动机的转速。

该系统中利用开关K3控制伺服直流电动机的正反转。当开关闭合时既输入信号为1,通过单片机编程处理后,控制电动机的正转;反之,控制电动机的反转。
实现该功能的子程序为:
LOOP: JB K3,LOOPZF ;高电平逆时针转,低电平顺时针转
CLR ZF ;针转
LJMP LOOPK1
LOOPZF: SETB ZF

该系统中利用开关K1控制伺服直流电动机的加速。当开关闭合时既输入信号为1,通过单片机编程处理后,增加控制脉冲的占空比,从而增大了电动机两侧的电压,使伺服直流电动机加速;反之,电动机保持匀速转动。
实现该功能的子程序为:
LOOPK1: JB K1,LOOPK2 ;K1按下加速
LCALL DELAY
MOV A,PWML
ADD A,#1 ;调宽值低4位加1
MOV PWML,A
MOV A,PWMH
ADDC A,#0 ;调宽值高4位加1
MOV PWMH,A
JNC LOOPK2 ;最大值时
MOV PWMH,#0FFH

该系统中利用开关K2控制伺服直流电动机的加速。当开关闭合时既输入信号为1,通过单片机编程处理后,减少控制脉冲的占空比,从而减小了电动机两侧的电压,使伺服直流电动机减速;反之,电动机保持匀速转动。
实现该功能的子程序为:
LOOPK2: JB K2,OVER ;K2按下减速
LCALL DELAY
MOV A,PWML
CLR C
SUBB A,#1 ;调宽值低4位减1
MOV PWML,A
MOV A,PWMH
SUBB A,#0 ;调宽值高4位减1
MOV PWMH,A
JNC OVER
MOV PWMH,#00H ;最小值时

下图是系统的原理图,图中单片机AT89C51,其主要功能就是将开关的模拟信号转化成数字信号,并通过固定程序,通过对信号的识别,输出相应的控制信号。系统图的最右侧是采用IGBT作为开关器件的单相桥式PWM逆变电路。以电动机作为负载,工作时Q1,Q3的通断状态互补,Q2,Q4的通断状态也互补。PWM逆变电路中间是调制电路,输入信号分别是信号波和载波,输出的信号分别送至4个IGBT的门极,对其控制。
图—
2 系统硬件设计

本系统由PC机、MCS-51单片机开发系统、、PWM脉宽调制控制板以及直流伺服电动机等组成。具体相关硬件如下:
二极管(1N4077)4个,场效应管(2SJ50)4个,非门74LS04 1个,与门74LS08 2个,电容(CAPACITOR) 2个,芯片(AT89C51) 1个,开关(BUTTON)3个,直流伺服电动机(MOTOR)1个,电阻(RES)4个,电源3个,地(GROUND)4个。
元件表
硬件型号
数量
硬件型号
数量
1N4077
4
MOTOR
1
2SJ50
4
RES
4
74LS04
1
CAPACITOR
2
74LS08
2
GROUND
4
AT89C51
1
VCC
3
BUTTON
3

伺服电机也称执行电机,它具有一种服从控制信号的要求而动作的电机,在信号来到之前,转子静止不动;信号来到之后,转子立即转动;当信号小时,转子能即使自行停转,由于这种“伺服”性能,因此而得名。
按照在自动控制系统中的功用所要求,伺服电机具备可控性好、稳定性高和速应性强等基本性能。可控制性好是指寻好消失以后,能立即自行停转;稳定性高是指转速随转矩的增加而均匀下降,速应性强是指反应快,