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基于51单片机控制的步进电机调速
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用单片机控制直流电机
来源：www.elecfans.co
作者：本站日 17:52
[导读] 用单片机控制直流电机
本设计以AT89C51单片机为核心，以4*4矩阵键盘做为输
用单片机控制直流电机
本设计以单片机为核心，以4*4矩阵键盘做为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了基本要求和发挥部分的要求。在设计中，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。一、&设计方案比较与分析：
1、电机调速控制模块：方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。2、PWM调速工作方式：方案一：双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内，单片机两控制口各输出一个控制信号，两信号高低电平相反，两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。方案二：单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小，所以我们采用了单极性工作制。3、PWM调脉宽方式：调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。4、PWM软件实现方式：方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。方案二：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有一定的误差。但是基于不占用定时器资源，且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围，故采用方案二。
二、&系统分析与设计：总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。&&& 键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P2.0与P2.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。电动机的运转状态通过LED显示出来。电动机所处速度级以速度档级数显示。正转时数字向右移动，反转时数字向左移动。移动速度分7档，快慢与电动机所处速度级快慢一一对应。每次电动机启动后开始计时，停止时LED显示出本次运转所用时间，时间精确到0.1s。
1、系统的硬件电路设计与分析电动机PWM驱动模块的电路设计与实现具体电路见下图二。本电路采用的是基于PWM原理的H型桥式驱动电路。
PWM电路由四个大功率晶体管组成H型桥式电路构成，四部分晶体管以对角组合分为两组：根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。4个二极管在电路中起防止晶体管产生反向电压的保护作用。4个电感在电路中是起防止电动机两端的电流和晶体管上的电流过大的保护作用。&&& &&& 在实验中的控制系统电压统一为5v电源，因此若达林顿管基极由控制系统直接控制，则控制电压最高为5V，再加上三极管本身压降，加到电动机两端的电压就只有4V左右，严重减弱了电动机的驱动力。基于上述考虑，我们运用了4N25光耦集成块，将控制部分与电动机的驱动部分隔离开来。输入端各通过一个三极管增大光耦的驱动电流；电动机驱动部分通过外接12V电源驱动。这样不仅增加了各系统模块之间的隔离度，也使驱动电流得到了大大的增强。&&& 在电动机驱动信号方面，我们采用了占空比可调的周期矩形信号控制。脉冲频率对电动机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带带负载能力差脉冲频率低则反之。经实验发现，脉冲频率在40Hz以上，电动机转动平稳，但加负载后，速度下降明显，低速时甚至会停转；脉冲频率在10Hz以下，电动机转动有明显跳动现象。实验证明，脉冲频率在15Hz-30Hz时效果最佳。而具体采用的频率可根据个别电动机性能在此范围内调节。通过N1输入信号，N2输入低电平与N1输入低电平，N2输入信号分别实现电动机的正转与反转功能。通过对信号占空比的调整来对车速进行调节。速度分7档控制，从高电平（第6档）到低电平（第0档）中间占空比以20%逐极递减。速度微调方面，可以通过对占空比以1%的跨度逐增或逐减分别实现对速度的逐加或逐减。2、系统的软件设计& 本系统编程部分工作采用KELI-C51语言完成，采用模块化的设计方法，与各子程序做为实现各部分功能和过程的入口，完成键盘输入、按键识别和功能、PWM脉宽控制和LED显示等部分的设计。单片机资源分配如下表：&
系统主函数流程如图三：
①PWM脉宽控制：本设计中采用软件延时方式对脉冲宽度进行控制，延时程序函数如下：void delay(unsigned char dlylevel){&&&&& int i=50*&&&&& while(--i);}此函数为带参数DLYLEVEL，约产生DLYLEVEL*400us的延时，因此一个脉冲周期可以由高电平持续时间系数hlt和低电平持续时间系数llt组成，本设计中采用的脉冲频率为25Hz，可得hlt+llt=100，占空比为hlt/(hlt+llt)，因此要实现定频调宽的调速方式，只需通过程序改变全局变量hlt，llt的值，该子程序流程图如图四。②键盘中断处理子程序：采用中断方式，按下键，单片机P3.2脚产生一负跳沿，响应该中断处理程序，完成延时去抖动、键码识别、按键功能执行。
调速档、持续加/减速：调速档通过（0-6）共七档固定占空比，即相应档位相应改变hlt，llt的值，以实现调速档位的实现。而要实现按住加/减速键不放时恒加或恒减速直到放开停止，就需在判断是否松开该按键时，每进行一次增加/减少1%占空比（即hlt++/--;llt--/++）,其程序流程图如图五。③显示子程序：利用数组方式定义显示缓存区，缓存区有8位，分别存放各个LED管要显示的值。显示子程序为一带参子程序，参数为显示缓存的数组名，通过for(i=0;i&8;i++)方式对每位加上位选码，送到P0口并进行一两毫秒延时。该显示子程序只对各个LED管分别点亮一次，因此在运行过程中，每秒执行的次数不应低于每秒24次。④定时中断处理程序：采用定时方式1，因为单片机使用12M晶振，可产生最高约为65.5ms的延时。对定时器置初值3CB0H可定时50ms，即系统时钟精度可达0.05s。当50ms定时时间到，定时器溢出则响应该定时中断处理程序，完成对定时器的再次赋值，并对全局变量time加1，这样，通过变量time可计算出系统的运行时间。&对于一个数的显示，先应转成BCD码，即取出每一个位，分别送入显示缓存区，对于转BCD的算法，应对一个数循环除10取模，直至为0，程序如下：do{dispbuff[bcd_p]=bechange%10;&//dispbuff为显示缓冲区数组&&&&& bcd_p++;}while(bechange/=10)&&& //disp_p为数组指针软件设计中的特点:1、&对于电机的启停，在PWM控制上使用渐变的脉宽调整，即开启后由停止匀加速到默认速度，停止则由于当前速度逐渐降至零。这样有利于保护电机，如电机运用于小车上，在启动上采用此方式也可加大启动速度，防止打滑。2、&对于运行时间的计算、显示。配合传感器技术可用于计算距离，速度等重要的运行数据。3、&键盘处理上采用中断方式，不必使程序对键盘反复扫描，提高了程序的效率。
三、&测试结果与分析：
结束语&本设计在硬件上采用了基于PWM技术的H型桥式驱动电路，解决了电机马驱动的效率问题，在软件上也采用较为合理的系统结构及算法，提高了单片机的使用效率，且具有一定的防飞能力。但该设计也有不足之处，主要是在关于速度的反馈上，无法提供较为直观的速度表示方式，因此，有必要引入传感器技术对速度进行反馈，以rpm或rps表达当前的转速进行显示。
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如何用电脑控制马达转动，并在LCD数码管显示马达开始转动的时间收藏
如何用电脑控制马达转动，并在LCD数码管显示马达开始转动的时间(通过其它方式获取马达开始转动的时间也行)，精确并显示到ms手上有51单片机开发板，最好能提供代码，先谢谢了！
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基于单片机的单相电动机调速方法及其实现
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摘要：本文介绍在三速单相电动机中采用分时接通的方法提高电动机的转速档次，使电动机具有二十档转速的调速能力和更好的节能效果，这种方法无需增加较多的硬件，仅在控制器中采用新的调速程序，即可达到提高风扇风速档次和节能的目的。 &&&&关键词：调速；单相电动机；单片机&&&&0 前言&&&&目前，三速单相电动机结构简单，成本较低，控制方便，它使电风扇具备高、中、低三档转速，提高了电风扇的供风质量，因此，这种单相电动机在家用电风扇得到广泛的应用。但是，当需要进一步提高电风扇的质量和品位时，仅具有三档转速的单相电动机就不能满足电风扇的要求，必须提高单相电动机的调速能力。我们使用无触点开关分时接通的方法，在硬件电路基本不变的条件下，使三速单相电动机具有二十档转速的调速能力。&&&&1 三速单相电动机开关调速的原理&&&&三速单相电动机调速电路如图1所示，L、M、H分别为单相电动机的低速抽头、中速抽头和高速抽头，单相电动机采用电容运行方式，三个抽头与电源的连接由三个双向晶闸管TL、TM、TH来控制，当TL导通时电动机的低速抽头与电源连接，电动机低速运转，同样，TM导通时电动机中速运转，TH导通时电动机高速运转。我们采用分时接通L、M、H的方法，可以调节电动机的转速，使三速单相电动机获得多于三档转速的变速能力。设电源频率为50HZ，其周期为0.02S，取调速周期TS=8T（T为电源周期），低速调速时，调速周期内不接通任何一个晶闸管，则电动机的转速0，调速周期内全接通晶闸管TL，则电动机低速运转，但如果在8个电源周期内，N个周期接通晶闸管TL（0≤N≤8），其他时间不接通，那么，在电动机的低速下可获得8档更低的转速。同样，中速调速时，调速周期内全接通晶闸管TL，则电动机低速运转，全接通晶闸管TM，则电动机中速运转，如果在8个电源周期内N个周期接通晶闸管TM，（8-N）个周期接通TL，那么在电动机的低速和中速之间可获得8档转速。同样道理，在中速和高速间又可获得8档转速。由此可见采用分时接通的方法，可以使只有三档转速的三速单相电动机具有二十四档转速的调速能力。2 三速单相电动机开关调速的硬件和软件设计&&&&三速单相电动机调速电路如图1所示，某家用电风扇的单相电动机采用单片机ATMEL89C2051控制，单片机的输出端口P1.5、P1.6、P1.7经反相器与晶闸管TL、TM、TH的控制极连接，当P1.5=“0”时，晶闸管导通，电动机可低速运转，反之，P1.5=“1”时，晶闸管截止，电动机停转，即由P1.5输出电位控制电动机的低速档；同样，由P1.6输出电位控制电动机的中速档，P1.7控制电动机的高速档。同步电路每个电源周期产生一个脉冲信号，并在电源电压由负变正时产生脉冲的下降沿。同步信号由INT0中断口输入单片机。三速单相电动机开关调速的控制方法如下：在每个电源电源电压由负变正过零时，同步电路产生一个脉冲信号，向单片机申请中断，单片机响应中断后执行调速程序，按给定的转速代码输出转速信号，调节电动机转速。取调速周期Ts=8T（T为电源周期），调速程序必须经过8次中断才能输出一个转速代码的转速，在调速周期内不能接受新的转速代码，否则电动机的转速将不受控制。在调速程序中，采用一个存储单元（34H）作为转速输入单元，另一个存储单元（37H）作为电源周期指示器，记录已经输出的电源周期，控制器需要改变风扇的转速时，随时可以向（34H）单元写入转速代码，但只有电源周期指示器的数值为零时，调速程序才能将（34H）单元的数据变成实际输出的信号。电源周期指示器的初始值为00H，INT0每中断一次调速周期定时器加1，直至电源周期指示器为08H时，重新清零，并且读入转速输入单元（34H）的数据。&&&&在调速程序中，我们采用8位数据记录风扇的转速代码，其中低3位（b2b1b0）表示接通比例N，第4、5位（b4b3）表示接通档次，高3位（b7b6b5）不用。接通档次表示调速为低速调速、中速调速还是高速调速，其值为b4b3={00B，01B，10B，11B}，当接通档次为00B时，在转速代码设定的接通比例内接通晶闸管TL，接通比例外不接通晶闸管；当接通档次为01B时，在转速代码设定的接通比例内接通晶闸管TM，接通比例外接通晶闸管TL，当接通档次为10B时，在转速代码设定的接通比例内接通晶闸管TH，接通比例外接通晶闸管TM；当接通档次为11B时，接通比例只有00H一种，这时在整个调速周期内接通晶闸管TH，电动机高速运转。接通比例的取值范围000B-111B，由此可知，转速代码的取值范围为00H-18H，总共25个代码，其中00H为零速，01H-08H为低速档代码，09H-10H为中速档代码，11H-18H为高速档代码。所以电动机除零速外共有二十四档转速。这样定义转速代码的优点是三档转速的代码时连续的，并且代码的大小与转速的高低相关。&&&&调速程序的控制算法如图2所示，电源周期指示器指示在一个调速周期内已经过的电源周期的数目，其初值为00H，N为转速代码中的接通比例。&&INT0每中断一次电源周期指示器的值加1，直至08H时重新置零，因此，可以用电源周期指示器来控制接通晶闸管的电源周期数，实现转速代码中接通比例对电动机转速的控制。为了便于编程，我们引入一个控制位c，在转速代码设定的接通比例范围内，控制位置c=1，在转速代码设定的接通比例范围之外控制位置c=0，再根据转速代码的接通档次，可以算出需要接通晶闸管的代码，即&&&&晶闸管的代码（t1t0）=（接通档次位b4b3）+控制位（c）&&&&这里晶闸管的代码t1t0={00B，01B，10B，11B}，其中00B表示不接通，01B表示晶闸管TL，10B表示晶闸管TM，11B表示晶闸管TH。晶闸管代码算出之后即可根据晶闸管代码与控制信号的逻辑关系获得相应的控制信号，输出相对应的信号，对电动机的转速进行控制。晶闸管代码与输出控制信号的逻辑关系为：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&根据上述控制算法，我们编写控制程序，实验证实上述方法可以调节三速单相电动机的转速，使仅有三档转速的电动机具备二十四档转速的调速能力，但这个方法有一些缺点，主要是：&&&&1）电动机的转矩是脉动的，使电动机的机械噪声增大，必须采取良好的润滑和防止转子轴向运动的措施减少噪声。为了在调速周期内电动机的转矩较为平滑，减少脉动，可采用改进的控制位波形如图3所示，在接通比例不变的前提下，平均分布接通控制位，减少电动机转矩的脉动程度，从而减低电动机的噪声。&&2）低速档接通比例较低时，电风扇的风叶出现蠕行，不能正常送风，必须限制最小转速代码。可去掉低速档转速代码中最低接通比例的四个代码，保留转速较高的二十档转速。&&&&实验证实，采用改进的控制位波形和限制最小转速代码之后，三速单相电动机在风扇应用中取得较好的调速和节能效果。三速单相电动机开关调速的实验测试结果如下：&&&&&&&&本试验电动机所带的负载为风扇，有关技术数据如下：&&&&额定电压：220V±10%，额定频率：50Hz，风叶直径：300mm，&&&&转速：高-1150r/min中-900r/min低-600r/min。&&&&3 结束语&&&&在家用电风扇控制电路中，采用晶闸管分时接通的方法，可以使仅有高、中、低三档转速的单相电动机具有二十档转速的调速能力，这种方法无需增加较多的硬件，仅在控制程序中采用新的调速算法，即可达到提高风扇风速档次的目的，同时，电风扇的功率在调速时能随着转速下降而减少，使风扇具有良好的节能效果。这种方法的主要缺点是：&&&&1）电动机的转矩是脉动的，使电风扇的机械噪声增大。&&&&2）低速档接通比例较低时，电风扇的风叶出现蠕行，不能正常送风。&&&&对1）个问题，采用改进的控制位波形数据，在接通比例不变的前提下，平均分布接通控制位，减少电动机转矩的脉动程度，同时，采取良好的润滑和防止转子轴向运动的措施，减低电动机的噪声。对2）个问题，采用限制最小转速代码即可防止电风扇在低速运行时风叶蠕行，不能送风。实验证实，采用改进的控制位波形和限制最小转速代码之后，三速单相电动机在风扇应用中取得较好的调速效果和节能效果。
作者：未知 点击：129次
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VIP公司推荐单片机控制步进电机时产生的干扰问题
单片机控制步进电机时产生的干扰问题
客户反映：单片机（客户自己开发）+驱动器+步进电机，在通电以后，电机发出很大的蜂鸣声并伴有轻微震动，客户要求立即到现场进行技术支持。到现场后，首先检查电机与驱动器以及单片机之间的连线，发现电机的B+与B-相互调换，但此情况在理论以及实践中是不会影响电机的正常运行的；确认接线无误后，接通电源，出现了客户所反映情况，用手拧电机的轴，轴已有了一定转矩；检查驱动器P2的2、3之间所接的电阻为390Ω，输出电流应为0.8A，符合电机所需相电流的要求；再断电启动时，用手捏住电机轴，发现在通电瞬间电机有一高速转动过程，但时间很短，便立即停止，出现所述现象，遂将单片机与驱动器的脉冲连线断开，电机正常；根据平时实验及现场经验，初步判定为通电后驱动器就接收到一高频率脉冲，使电机马上高速转动，其转矩便快速下降，最终使电机不能运行，才出现了所述故障现象。但此时单片机并没有发出脉冲，那么这一脉冲从何而来呢？根据以前做单片机的经验，将12M晶振与地短接，使晶振停止工作，电机的蜂鸣声及震动马上消失，处于正常状态。趋势慢慢明朗，仔细检查其单片机的电路图，发现89S52单片机等芯片的地与其他地线隔离，给驱动器的24V供电也由控制电路板引出；将两地短接，电机便处于正常状态。检查开关电源的纹波系数稍大，对其电源进行滤波，效果不是很好，所以不会是其主要原因。最后建议，将单片机等芯片的地与其他（包括驱动器）地均采用共地方式，避免单片机与其他设备相互干扰。
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