直流电机的原理与驱动.pdf

1目 录 第 1 章 直流电机的原理与驱动..................................................................................2 1.1 让你的 DC Motot-Kit 迅速转起来——PWM 开环实验................................3 1.1.1 基于 EasyARM101 开发板..............................................................................3 1.1.2 基于 EasyARM615 开发板..............................................................................4 1.1.3 基于 EasyARM8962 开发板............................................................................5 1.1.4 基于 SmartARM2300 开发板..........................................................................6 1.2 让你的 DC Motot-Kit 迅速转起来——PID 算法闭环实验...........................7 1.2.1 基于 EasyARM101 开发板..............................................................................7 1.2.2 基于 EasyARM615 开发板..............................................................................8 1.2.3 基于 EasyARM8962 开发板..........................................................................10 1.2.4 基于 SmartARM2300 开发板........................................................................11 1.3 直流电机概述.................................................................................................13 1.3.1 直流电机的特点、基本工作原理.................................................................13 1.3.2 直流电机的电器特性.....................................................................................13 1.3.3 PWM 控制直流电机原理..............................................................................15 1.3.4 PWM 驱动的闭环控制..................................................................................16 1.3.5 PWM 双极性驱动原理..................................................................................17 1.3.6 PID 算法的原理及应用 .................................................................................20 1.4 DC Motor-Kit 直流电机模块电路原理.........................................................24 1.4.1 电路原理图.....................................................................................................24 1.4.2 接口说明.........................................................................................................24 1.4.3 H 桥驱动.........................................................................................................26 1.4.4 PWM 输入电路..............................................................................................27 1.4.5 电流检测电路.................................................................................................28 1.4.6 红外测速电路.................................................................................................28 1.5 软件说明.........................................................................................................30 1.5.1 PWM 开环程序..............................................................................................30 1.5.2 PID 算法闭环程序 .........................................................................................37 1.5.3 数据队列使用说明.........................................................................................52 1.5.4 串口通讯协议.................................................................................................57 2第第1章 直流电机的原理与驱动章 直流电机的原理与驱动 电机是把电能转换成机械能的装置。

电机的种类繁多，如果按电源类型分，可分为直流 电机和交流电机两大类常见的直流电机包括有刷电机、无刷电机、步进电机等直流有刷 电机是所有电机的基础，它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相 对简单等特点如果没有特别说明，本文所提到的直流电机均指直流有刷电机 DC MOTOR-KIT 是致远公司推出的一款基于 PID 算法的直流电机实验板，如图 1.1 所 示它外型轻巧，性能优异，可用 7 根杜邦线连接到广州致远电子有限公司推出的 ARM 系 列开发板上使用，包括群星系列基于 Cortex-M3 内核的开发板，或 NXP 系列基于 ARM7 内核的开发板 图 1.1 DC Motor-Kit 实物图 31.1 让你的让你的 DC Motot-Kit 迅速转起来——迅速转起来——PWM 开环实验开环实验 在负载一定的情况下，直流电机的转速和供电电压成正比本实验使用 PWM 方波驱动 电机，通过改变 PWM 的占空比来调节电机两端的平均电压，实现粗略的调速关于 PWM 调速的原理，本文 1.3 节将有详细说明 1.1.1 基于基于 EasyARM101 开发板开发板 1． 实验原理 本实验使用 EasyARM101 的单路简易 PWM 信号来驱动 DC Motor-Kit。

通过改变 PWM 的占空比来调节电机两端的平均电压，实现粗略的调速实验使用 EasyARM101 的 KEY1 和 KEY2 两个按键来改变 PWM 的占空比， 每按动一次就改变 10%； EasyARM101 的数码管 显示当前的 PWM 占空比，例如显示“5”表示占空比为 50％；LED1 和 LED2 分别表示电 机正转和反转；另外还有过流报警的功能，如果电机被堵转，EasyARM101 的蜂鸣器就会报 警本实验的电路工作原理和程序说明将在 1.4 节和 1.5 节分别详细说明 2． 实验步骤 (1) 对 EasyARM101 进行短路设置； 用短路帽分别把 JP1 的 KEY1 与 PB1、 KEY2 与 PB3、 LED2 与 PB5、MISO 与 PA4、SCLK 与 PA2、SSEL 与 PA3、MOSI 与 PA5 和 BUZZ 与 PB2 短接，JP1 的其它跳线不能被短路；另外使用杜邦线连接 JP1 的 LED1 和 J1 的 PB6 (2) 用短路帽短接电机模块的 J3“单”端处，表示使用单路 PWM 驱动 (3) 用杜邦线连接 EasyARM101 的 J1 和电机板的 J2 相关的引脚，如表 1.1 所示。

表 1.1 EasyARM101 PWM 开环管脚连接 EasyARM101 J1 电机模块 J2 +5V 5V PB0 PWMA PB4 CURRENT PA0 SPEED1 PA1 SPEED2 GND GND (4) 连接 EasyARM101 开发板的电源和仿真器 (5) 如果使用 CrossStudio 软件，把光盘上的相关工程复制到硬盘，编译后用 H-JTAG 仿 真头下载程序到 EasyARM101 上；如果使用 Keil 软件，把光盘上的相关工程复制到硬盘， 编译后用 ULink 或 ULink2 仿真器下载程序到 EasyARM101 上 注：两个例子工程分别使用了 CrossStudio 和 Keil 默认安装目录下的 DriverLib.lib 驱动库文件如果你的 CrossStudio 或 Keil 安装目录不是默认的，请在工程中重新指定库 文件的路径 (6) 按一下 EasyARM101 的复位键，让开发板脱机运行 (7) 按动 EasyARM101 的 KEY1 和 KEY2 键，调节电机的转速；观察数码管的 LED1 和 LED2 的显示情况 注：数码管显示 PWM 的占空比，即电机的转速档位；LED1 表示正转，LED2 表示反转。

(8) 用手堵住电机不让其转动，聆听蜂鸣器是否报警 4注意：在某些占空比的情况下，堵转时电流仍然不大，不会报警 1.1.2 基于基于 EasyARM615 开发板开发板 1． 实验原理 本实验使用 EasyARM615 的两路带死区的互补 PWM 信号来驱动 DC Motor-Kit通过 改变 PWM 的占空比来调节电机两端的平均电压，实现粗略的调速实验使用 Ea。