收稿日期:2009-06-03作者简介:侯涛(1978-,女,河南焦作人,焦作大学机电工程学院讲师,河南理工大学硕士研究生。直流伺服电机的单片机控制侯涛李鸿征(焦作大学,河南焦作454003摘要:根据直流电机的相关知识,文章介绍了C8051单片机在直流电动机控制系统中的应用、实现方法以及硬件结构等,介绍了PWM基本原理和实现方法,对于直流电机速度控制的实现提供了一种有效的途径。关键词:C8051单片机;PWM;直流电机中图分类号:TM383.4+1文献标识码:A文章编号:1008-7257(201001-0112-021.引言直流电机由于具有速度控制容易,启动、制动性能良好,平滑调速范围宽等特点,在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础,控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难,阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着电力电子技术的进步,发展了许多新的电枢电压控制方法,其中PWM(脉宽调制是常用的一种调速方法。随着单片机技术的日新月异,使许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,不但为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,而且使系统能达到更高的性能,从而大大降低了系统成本,有效地提高了工作效率。2.控制电动机的方法(1PWM(脉宽调制基本原理脉宽调制PWM(PulseWidthModulation是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在测量、通信和功率控制与变换的许多领域中。PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时,才能对数字信号产生影响。对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点,而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。通过PWM来控制电机电压时,电动机的电枢绕组两端的平均电压U0为U0=(t1Us+0/(t1+t2=t1Us/T=αUs上式中α为占空比,α=tl/T,tl为开关器件导通的时间,T为脉宽调制PWM的周期。占空比α表示了在一个周期T中,开关管导通的时间与周期的比值即tl/T,α的变化范围为0≤α≤1。当电源电压Us不变的情况下,电枢端电压U0的平均值取决于占空比α的大小,改变α的值就可以改变端电压的平均值。(2硬件选择及说明图1单片机控制直流电动机原理图上图所示为单片机控制直流电机的原理图,由于要使用PWM(脉宽调制控制电机的转速,因此选用带PWM口的单片机,在此我们选用CygnalC8051单片机,C8051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阵列PCA中。PCA包含一个16位的定时/计数器和5个捕捉/比较模块。16位的PCA专用定时/计数器由PCA0H和PCA0L组成,其时钟可以为系统时钟的12分频、系统时钟的4分频、定时器0溢出、被定义ECI引脚的外部时钟源,可通过设置PCA0MD寄存器获得。每个捕捉/比较模块都有一个16位的模块寄存器,分别为PCA0CPHn和PCA0CPLn,2010年1月焦作大学学报№11第1期JOURNALOFJIAOZUOUNIVERSITYJan.2010都有边沿触发捕捉、比较、高速输出、PWM四种工作方式,通过PCA0CPMn进行设置。在PWM工作方式中,系统不断将PCA计数器的PCA0L的值与该模块的PCA0CPLn的常数值进行比较。当两者相等时,在CEXn“引脚上输出1”,当PCA0L溢出时,在CEXn“引脚上输出0”,并且自动将保存在PCA0CPHn中的常数值送入PCA0CPLn。在引脚CEXn引脚上输出的PWM波实际是对计数器的PCA时钟的256分频,其占空比α为α=[256-(PCA0CPLn]/256,可见8位PWM波的分辨率为1/256。利用高速输出工作方式和软件可实现8~16位的PWM波,通过对交叉开关控制寄存器XBR0的有效设置,CEXn上的PWM波就由P0或P1口的有关端口输出。此单片机的控制器内核与标准的8051单片机完全兼容。利用C8051的P1口作为输出口,通过驱动器DM7407(TTL集电极开路六正相高压驱动器控制桥式逆变器上桥臂的P沟道MOSFET(VT1、VT3、VT5。通过与门DM7409(TTL集电极开路2输入端四与门控制下桥臂的N沟道MOSFET(VT4、VT6、VT2。C8051的P0.0作为PWM输出口,控制电机的转速。P0.4~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。3.该控制电路所能实现...