基于單片機的直流電機控制模塊設計

(四川文化傳媒學院五年一貫制校區 四川 成都 611700)

基于單片機的直流電機控制模塊設計

劉春梅

(四川文化傳媒學院五年一貫制校區 四川 成都 611700)

利用單片機和電子技術等方面的知識，通過C語言編程，使 STC系列單片機的定時器產生不同頻率、不同占空比的PWM信號，由單片機的I/O口輸出，去控制L298N電機驅動芯片，達到對電機轉速和方向控制的目的。

單片機；PWM；信號；轉速 ；轉向

電機為運動提供動力，無論旋轉運動還是直線運動，電機在人們日常生活的各個方面發揮著重要作用。與氣壓或液壓系統相比，電機系統工作時更加清潔和高效。因此高效的電機控制技術顯得尤為重要，近年來，隨著脈寬調制技術、特種電機材料技術、微電子技術及現代控制技術的進步，電機控制技術正朝著數字化智能化的方向發展，因此脈寬調制(PWM)技術是較優越的電機控制技術。

一、 設計的總體任務和要求

(一)設計單片機開發系統，利用C語言或匯編語言實現PWM信號的產生，對直流電機轉速進行有效控制。

(二)采用單片機的編程技術設計并產生PWM信號，對直流電機進行控制，無需外接D/A轉換器，使控制電路大大簡化，控制方式簡潔，控制精度高、控制效果好。

二、直流電機PWM調速原理

在脈沖作用下，當電動機通電時，速度增加；電動機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規律改變通、斷電時間，即可使電動機速度達到一定的穩定性。

設電動機永遠接通電源時其轉速為最大Vmax，占空比D=t1/T，如圖1所示，則電動機的平均速度為

Vd=VmaxD

(公式一)

式中:Vd——電動機的平均速度； Vmax——電動機全通電時的速度(最大)； D=t1/T——占空比。

圖1 脈沖信號

三、硬件系統組成

(一) 總體框圖

圖2 總體框圖

如圖2所示，硬件系統由單片機最小系統、L298N電機驅動模塊、按鍵模塊、1602液晶顯示模塊、LED指示模塊組成。

(二) 各模塊電路說明

1、 單片機最小系統

STC系列是單片機是一款高性價比的單片機，它雖然功能強大，但要想完成其強大的功能，單靠它也是不行的。因此要讓單片機運行起來，就要創設單片機工作的環境，即單片機的最小系統，它包括振蕩電路、復位電路、電源電路。

2、 L298N電機驅動模塊

驅動芯片比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，如圖2所示，內部包含4通道邏輯驅動電路?？梢苑奖愕尿寗觾蓚€直流電機，或一個兩相步進電機。表1是L298N邏輯功能。

表1 L298N功能模塊

3、 按鍵模塊及功能

表2 按鍵功能表

4、 液晶顯示模塊

1602液晶主要用于顯示直流小電機的速度等級及電機的轉向。

5、LED指示模塊及功能

表3 指示模塊及功能

四、軟件系統設計

(一) 定時/計數器工作方式及控制寄存器的設置

1、選用T0和T1作為產生脈沖用的定時器并且使它們工作在模式1(定時模式)下。在模式1中，寄存器TH0、TH1和TL0、TL1以全8位參與操作，構成16位定時/計數器，當TH0(TH1)溢出時向中斷標志位TF0(TF1)進位，并申請中斷。在這種模式下T0(T1)定時時間最長，有利于在更大的范圍內對電機進行調速。

2、工作模式寄存器TMOD。如表4所示：

表4定時器工作模式寄存器TMOD

TMOD的高4位用于T1，低4位用于T0，4種符號含義如下：

GATE：門控位。

C/T：定時/計數器方式選擇位。C/T=0為定時器方式，C/T=1時為計數器方式。

M1M0：工作模式選擇位,具體如下：

M1M0=00：模式0(13位定時/計數器)

M1M0=01：模式1(16位定時/計數器)

M1M0=10：模式2(8位自動重裝常數的定時/計數器)

M1M0=11：模式3(2個8位定時/計數器，僅對T0)

(二)定時/計數器常數的計算

定時/計數器中的計數器是在計數初值基礎上以加法計數的，并能在計數器從全“1”變為全“0”時自動產生溢出中斷請求。因此，可以把計數器計數初值設定為TC，定時器定時時間T的計算公式為：

T=(M-TC)T計數

(公式二)

式中M為計數器模值，該值和計數器工作模式有關。在模式1時M為216。在定時器模式下，T計數是單片機振蕩周期的12倍。

上式也可寫成：TC=M-T/T計

(公式三)

在程序設計中工作模式為模式1，計數器模值M=216=65536；

則給定時器賦值：

TH0=(65535-T計數)/256

(公式四)

TL0=(65535-T計數)%256

(公式五)

(三)中斷控制

除特殊功能寄存器TCON和SCON中的某些位與中斷有關以外，還有一個特殊功能寄存器即中斷允許寄存器IE用來設定各個中斷源的打開和關閉。其形式如表5所示：

表5 中斷允許寄存器IE

EA：CPU中斷允許位。

ES：串口中斷允許位。

ET0：定時/計數器0中斷允許位。

以上各位等于1時，CPU開放中斷；等于0時，CPU禁止該中斷。單片機系統復位后，IE中各位均被清零，即禁止所有中斷。程序中要開T0或T1中斷則應將ET0或ET1置1，另外如果要使用中斷EA也要置1。

五、總結

用單片機做開發比模擬電路有明顯優勢，即不用對電路有大改動就可以適應新的工作條件，升級也很方便，只需對CPU重新刷寫一次程序就可以了。單片機具有結構簡單、編程方便、經濟、易于連接等優點，特別是其內部定時器/計數器、中斷系統資源豐富，有應用價值。而且電路的可靠性比較高，功能也比較強大，可以隨時更新系統，進行不同狀態的組合。但是實際應用中單片機也有很多局限性，比如內部存儲器容量不夠大，運算速度不夠快，內部輸出信號功率很小，因而要驅動電機必須用電機驅動芯片。

[1]何立民，單片機應用技術大全[J]，北京，北京航空航天大學出版社， 1994

[2]康華光，電子技術基礎(數字部分)[M]，高等教育出版社，2005.07