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51單片機電機驅動及電機速度電流測量程序

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樓主
ID:688286 發表于 2022-5-5 16:05 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
電機驅動電路使用H橋可逆斬波電路，通過采樣電阻和旋轉編碼器測量電機轉速和電流

單片機代碼如下:
  1. /*
  2. 設計思路
  3. 電機驅動電路：使用H橋可逆斬波電路去驅動電機轉動，該電路可在網上查找學習相關知識。
  4. 電機的調速可通過改變PWM波的占空比實現，當占空比為50%時，電機不轉，
  5.                                                                                                                                                          當占空比大于50%時電機正轉，并且越大轉速越快，但不要超過80%，超過可能會使電路發燙
  6.                                                                                                                                                          當占空比小于50%時電機反轉，并且越小轉速越快，但不要超過20%，超過可能會使電路發燙                       
  7. 測電流是在驅動電路兩個下橋臂和電源地之間加了一個采樣電阻，通過AD轉換讀取采樣電阻電壓得到電流
  8. 測電機轉速是利用電機上的旋轉編碼器，編碼器為96線編碼器，所以電機轉一圈會發出96個脈沖
  9. 使用單片機的外部中斷，設置觸發方式為邊沿觸發，記錄脈沖數
  10. 使用單片機的定時器中斷，每50ms產生一次中斷，在中斷里讀取當前脈沖數，計算轉速，之后脈沖數置0
  11. 根據直流電機的電流與轉矩之間的關系，計算電機的轉矩
  12. 轉矩和扭矩是一個物理量，只是在不同的場合稱呼不同
  13. */
  14. #include "reg52.h"
  15. #include "iic.h"
  16. #include "oled.h"
  17. #include<stdio.h>
  18. #include<intrins.h>
  19. #define uchar unsigned char
  20. #define  PCF8591 0x90    //PCF8591 地址
  21. #define  qCt         12.75
  22. uchar data_byte;
  23. u8 RH,RL,TH,TL,U8FLAG;

  25. sbit PWM1=P1^2;//接IN1 控制正轉

  27. u8 duty = 7 ; //定義占空比,H橋可逆斬波電路在50%占空比時電機不轉，大于50%正轉，小于50%反轉，
  28.                //6表示占空比為70%，不要修改占空比，不同占空比下電機功率不同，導致扭矩計算錯誤
  29. u8 time;
  30. int pluse = 0 ;    //電機編碼器的脈沖數
  31. float Speed = 0.0 ;   //速度

  33. #define  NOP()   _nop_()   /* 定義空指令 */
  34. #define  _Nop()  _nop_()   /*定義空指令*/


  37. sbit     m_SCL=P1^4;       //I2C  時鐘
  38. sbit     m_SDA=P1^3;       //I2C  數據
  39. bit ack;                 /*應答標志位*/
  40.    

  42. /*******************************************************************
  43.                      起動總線函數               
  44. 函數原型: void  Start_I2c();  
  45. 功能:     啟動I2C總線,即發送I2C起始條件.  
  46. ********************************************************************/
  47. void Start_I2c()
  48. {
  49.   m_SDA=1;         /*發送起始條件的數據信號*/
  50.   _Nop();
  51.   m_SCL=1;
  52.   _Nop();        /*起始條件建立時間大于4.7us,延時*/
  53.   _Nop();
  54.   _Nop();
  55.   _Nop();
  56.   _Nop();   
  57.   m_SDA=0;         /*發送起始信號*/
  58.   _Nop();        /* 起始條件鎖定時間大于4μs*/
  59.   _Nop();
  60.   _Nop();
  61.   _Nop();
  62.   _Nop();      
  63.   m_SCL=0;       /*鉗住I2C總線，準備發送或接收數據 */
  64.   _Nop();
  65.   _Nop();
  66. }

  68. /*******************************************************************
  69.                       結束總線函數               
  70. 函數原型: void  Stop_I2c();  
  71. 功能:     結束I2C總線,即發送I2C結束條件.  
  72. ********************************************************************/
  73. void Stop_I2c()
  74. {
  75.   m_SDA=0;      /*發送結束條件的數據信號*/
  76.   _Nop();       /*發送結束條件的時鐘信號*/
  77.   m_SCL=1;      /*結束條件建立時間大于4μs*/
  78.   _Nop();
  79.   _Nop();
  80.   _Nop();
  81.   _Nop();
  82.   _Nop();
  83.   m_SDA=1;      /*發送I2C總線結束信號*/
  84.   _Nop();
  85.   _Nop();
  86.   _Nop();
  87.   _Nop();
  88. }

  90. /*******************************************************************
  91.                  字節數據發送函數               
  92. 函數原型: void  SendByte(UCHAR c);
  93. 功能:     將數據c發送出去,可以是地址,也可以是數據,發完后等待應答,并對
  94.           此狀態位進行操作.(不應答或非應答都使ack=0)     
  95.            發送數據正常，ack=1; ack=0表示被控器無應答或損壞。
  96. ********************************************************************/
  97. void  SendByte(unsigned char  c)
  98. {
  99. unsigned char  BitCnt;

  101. for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)  /*要傳送的數據長度為8位*/
  102.     {
  103.      if((c<<BitCnt)&0x80)m_SDA=1;   /*判斷發送位*/
  104.        else  m_SDA=0;               
  105.      _Nop();
  106.      m_SCL=1;               /*置時鐘線為高，通知被控器開始接收數據位*/
  107.       _Nop();
  108.       _Nop();             /*保證時鐘高電平周期大于4μs*/
  109.       _Nop();
  110.       _Nop();
  111.       _Nop();         
  112.      m_SCL=0;
  113.     }
  114.    
  115.     _Nop();
  116.     _Nop();
  117.     m_SDA=1;                /*8位發送完后釋放數據線，準備接收應答位*/
  118.     _Nop();
  119.     _Nop();   
  120.     m_SCL=1;
  121.     _Nop();
  122.     _Nop();
  123.     _Nop();
  124.     if(m_SDA==1)ack=0;     
  125.        else ack=1;        /*判斷是否接收到應答信號*/
  126.     m_SCL=0;
  127.     _Nop();
  128.     _Nop();
  129. }

  131. /*******************************************************************
  132.                  字節數據接收函數               
  133. 函數原型: UCHAR  RcvByte();
  134. 功能:        用來接收從器件傳來的數據,并判斷總線錯誤(不發應答信號)，
  135.           發完后請用應答函數應答從機。  
  136. ********************************************************************/   
  137. unsigned char   RcvByte()
  138. {
  139.   unsigned char  retc;
  140.   unsigned char  BitCnt;
  141.   
  142.   retc=0;
  143.   m_SDA=1;                     /*置數據線為輸入方式*/
  144.   for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)
  145.       {
  146.         _Nop();           
  147.         m_SCL=0;                  /*置時鐘線為低，準備接收數據位*/
  148.         _Nop();
  149.         _Nop();                 /*時鐘低電平周期大于4.7μs*/
  150.         _Nop();
  151.         _Nop();
  152.         _Nop();
  153.         m_SCL=1;                  /*置時鐘線為高使數據線上數據有效*/
  154.         _Nop();
  155.         _Nop();
  156.         retc=retc<<1;
  157.         if(m_SDA==1)retc=retc+1;  /*讀數據位,接收的數據位放入retc中 */
  158.         _Nop();
  159.         _Nop();
  160.       }
  161.   m_SCL=0;   
  162.   _Nop();
  163.   _Nop();
  164.   return(retc);
  165. }

  167. /********************************************************************
  168.                      應答子函數
  169. 函數原型:  void Ack_I2c(bit a);
  170. 功能:      主控器進行應答信號(可以是應答或非應答信號，由位參數a決定)
  171. ********************************************************************/
  172. void Ack_I2c(bit a)
  173. {
  174.   
  175.   if(a==0)m_SDA=0;              /*在此發出應答或非應答信號 */
  176.   else m_SDA=1;
  177.   _Nop();
  178.   _Nop();
  179.   _Nop();      
  180.   m_SCL=1;
  181.   _Nop();
  182.   _Nop();                    /*時鐘低電平周期大于4μs*/
  183.   _Nop();
  184.   _Nop();
  185.   _Nop();  
  186.   m_SCL=0;                     /*清時鐘線，鉗住I2C總線以便繼續接收*/
  187.   _Nop();
  188.   _Nop();   
  189. }


  192. /*******************************************************************
  193. DAC 變換, 轉化函數               
  194. *******************************************************************/
  195. bit DACconversion(unsigned char sla,unsigned char c,  unsigned char Val)
  196. {
  197.    Start_I2c();              //啟動總線
  198.    SendByte(sla);            //發送器件地址
  199.    if(ack==0)return(0);
  200.    SendByte(c);              //發送控制字節
  201.    if(ack==0)return(0);
  202.    SendByte(Val);            //發送DAC的數值  
  203.    if(ack==0)return(0);
  204.    Stop_I2c();               //結束總線
  205.    return(1);
  206. }

  208. /*******************************************************************
  209. ADC發送字節[命令]數據函數               
  210. *******************************************************************/
  211. bit ISendByte(unsigned char sla,unsigned char c)
  212. {
  213.    Start_I2c();              //啟動總線
  214.    SendByte(sla);            //發送器件地址
  215.    if(ack==0)return(0);
  216.    SendByte(c);              //發送數據
  217.    if(ack==0)return(0);
  218.    Stop_I2c();               //結束總線
  219.    return(1);
  220. }
  221. unsigned char IRcvByte(unsigned char sla)
  222. {  unsigned char c;

  224.    Start_I2c();          //啟動總線
  225.    SendByte(sla+1);      //發送器件地址
  226.    if(ack==0)return(0);
  227.    c=RcvByte();          //讀取數據0

  229.    Ack_I2c(1);           //發送非就答位
  230.    Stop_I2c();           //結束總線
  231.    return 0;
  232. }
  233. float Get_Current(unsigned char s)      //讀取電流
  234. {
  235.         float t ;
  236.         t = IRcvByte(s) ;
  237.         if(Speed != 0 )
  238.         {if(Speed <= 250)
  239.                 {
  240.         t = 7.8 -0.027*Speed;
  241.         return t ;
  242.                 }else
  243.                 {return 0.1;}
  244.         }
  245.         else
  246.         {
  247.          return 0 ;
  248.         }
  249. }

  251. void int0() interrupt 0 using 0//外部中斷0的執行程序。
  252. {                                                            //interrupt 0指外部中斷0 using 0指第0組寄存器                                                 
  253.         pluse++ ;
  254. }

  256. void timer0_init()
  257. {
  258.         TMOD=0x01;//定時器0工作方式1 定時器1工作方式1
  259.        
  260.         TH0=0xff;
  261.         TL0=0xa3;//定時50ms
  262.        
  263.         TH1=0x4b;
  264.         TL1=0xff;//定時0.1ms
  265.        
  266.         IT0=1;//外部中斷0為跳變沿觸發方式   
  267.        
  268.   EA=1;//開總中斷
  269.   EX0=1;//打開外部中斷0   
  270.        
  271.         ET0=1;//打開定時器0中斷開關
  272.         TR0=1;//打開定時器0運行開關
  273.         ET1=1;//打開定時器0中斷開關
  274.         TR1=1;//打開定時器0運行開關
  275.         PT1 = 0 ;
  276.         PX0 = 1 ;
  277.         PT0 = 1 ;
  278.        
  279. }
  280. void tim0() interrupt 1
  281. {
  282.        TR0=0;                //賦初值時，關閉定時器
  283.        TH0=0xff;       
  284.        TL0=0xa3;        //定時0.1ms
  285.        TR0=1;                //打開定時器
  286.        time++;
  287.        
  288.        if(time>=10) //10*0.1ms=1ms   pwm波一個周期1ms,即1khz
  289.                          {
  290.                                  time=0;       
  291.                          }
  292.        if(time<=duty) PWM1=1;                //點空比70%
  293.        else PWM1=0;   
  294. }

  296. void tim1() interrupt 3   //定時器1的中斷服務函數
  297. {
  298.            EX0 = 0 ;//關閉外部中斷，停止記錄脈沖數
  299.            TR1=0;                //賦初值時，關閉定時器
  300.      TH1=0x4b;       
  301.      TL1=0xff;        //定時50ms
  302.      TR1=1;                //打開定時器
  303.            Speed = pluse*12.5 ;  //將脈沖數轉化為轉速，編碼器為96線，轉一圈輸出96個脈沖，所以轉速=脈沖數/50ms/96*60   ，單位轉/分鐘
  304.            pluse = 0 ;
  305.                  EX0 = 1 ;//打開外部中斷
  306. }


  309. void main()  //主循環
  310. {
  311.   char a[6] ;

  313.   float Current=0.0 ;
  314.         float T = 0.0 ;
  315.         OLED_Init();   //初始化屏幕
  316.         OLED_Clear();
  317.         OLED_ShowString(0,0,"Speed:",12);//顯示字符
  318.         OLED_ShowString(95,0,"r/m",12);
  319.         OLED_ShowString(0,3,"I:",12);
  320.         OLED_ShowString(95,3,"A",12);
  321.         OLED_ShowString(0,5,"T:",12);
  322.         OLED_ShowString(95,5,"N*m",12);
  323.         timer0_init();  //配置定時器和外部中斷
  324.        
  325.         while(1)
  326.         {
  327.           sprintf(a,"%.1f ",Speed);  //顯示速度
  328.                 OLED_ShowString(50,0,a,12);
  329.                
  330.   
  331.                   if(ISendByte(PCF8591,0x40))
  332.                         {
  333.                     Current= Get_Current(PCF8591);  
  334.                         }
  335.                         T =  Current*qCt;      //電機扭矩=電流*轉矩常數*磁通量
  336.                
  337.                 sprintf(a,"%.2f  ",Current);  //顯示電流
  338.                 OLED_ShowString(40,3,a,12);
  339.                        
  340.        
  341.                 sprintf(a,"%.2f  ",T);  //顯示扭矩
  342.                 OLED_ShowString(40,5,a,12);
  343.         }
  344.        
  345. }
復制代碼



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沙發
ID:262 發表于 2022-5-5 20:39 | 只看該作者
樓主你好 能分享一下原理圖嗎?這個是怎么測電流的?用的什么芯片?
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板凳
ID:688286 發表于 2022-5-5 23:00 | 只看該作者
heicad 發表于 2022-5-5 20:39
樓主你好 能分享一下原理圖嗎?這個是怎么測電流的?用的什么芯片?

用的采樣電阻，在GND和下橋臂之間接一個0.05的采樣電阻，把采樣電阻上的壓降放大20倍，ADC采樣之后的電壓就是電流

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地板
ID:56665 發表于 2022-5-6 08:37 | 只看該作者
電機扭矩=電流*轉矩常數*磁通量，這個公式中轉矩常數是馬達規格書上有注明嗎，還有磁通量怎么測試的
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5#
ID:77675 發表于 2022-5-6 12:36 | 只看該作者
能分享一下原理圖嗎?
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6#
ID:1058055 發表于 2022-12-17 17:33 | 只看該作者
heicad 發表于 2022-5-5 20:39
樓主你好 能分享一下原理圖嗎?這個是怎么測電流的?用的什么芯片?

應該是L298或者L297
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