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51单片机电机驱动及电机速度电流测量程序

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楼主
ID:688286 发表于 2022-5-5 16:05 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
电机驱动电路使用H桥可逆斩波电路，通过采样电阻和旋转编码器测量电机转速和电流

单片机代码如下:
  1. /*
  2. 设计思路
  3. 电机驱动电路：使用H桥可逆斩波电路去驱动电机转动，该电路可在网上查找学习相关知识。
  4. 电机的调速可通过改变PWM波的占空比实现，当占空比为50%时，电机不转，
  5.                                                                                                                                                          当占空比大于50%时电机正转，并且越大转速越快，但不要超过80%，超过可能会使电路发烫
  6.                                                                                                                                                          当占空比小于50%时电机反转，并且越小转速越快，但不要超过20%，超过可能会使电路发烫                       
  7. 测电流是在驱动电路两个下桥臂和电源地之间加了一个采样电阻，通过AD转换读取采样电阻电压得到电流
  8. 测电机转速是利用电机上的旋转编码器，编码器为96线编码器，所以电机转一圈会发出96个脉冲
  9. 使用单片机的外部中断，设置触发方式为边沿触发，记录脉冲数
  10. 使用单片机的定时器中断，每50ms产生一次中断，在中断里读取当前脉冲数，计算转速，之后脉冲数置0
  11. 根据直流电机的电流与转矩之间的关系，计算电机的转矩
  12. 转矩和扭矩是一个物理量，只是在不同的场合称呼不同
  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 控制正转

  27. u8 duty = 7 ; //定义占空比,H桥可逆斩波电路在50%占空比时电机不转，大于50%正转，小于50%反转，
  28.                //6表示占空比为70%，不要修改占空比，不同占空比下电机功率不同，导致扭矩计算错误
  29. u8 time;
  30. int pluse = 0 ;    //电机编码器的脉冲数
  31. float Speed = 0.0 ;   //速度

  33. #define  NOP()   _nop_()   /* 定义空指令 */
  34. #define  _Nop()  _nop_()   /*定义空指令*/


  37. sbit     m_SCL=P1^4;       //I2C  时钟
  38. sbit     m_SDA=P1^3;       //I2C  数据
  39. bit ack;                 /*应答标志位*/
  40.    

  42. /*******************************************************************
  43.                      起动总线函数               
  44. 函数原型: void  Start_I2c();  
  45. 功能:     启动I2C总线,即发送I2C起始条件.  
  46. ********************************************************************/
  47. void Start_I2c()
  48. {
  49.   m_SDA=1;         /*发送起始条件的数据信号*/
  50.   _Nop();
  51.   m_SCL=1;
  52.   _Nop();        /*起始条件建立时间大于4.7us,延时*/
  53.   _Nop();
  54.   _Nop();
  55.   _Nop();
  56.   _Nop();   
  57.   m_SDA=0;         /*发送起始信号*/
  58.   _Nop();        /* 起始条件锁定时间大于4μs*/
  59.   _Nop();
  60.   _Nop();
  61.   _Nop();
  62.   _Nop();      
  63.   m_SCL=0;       /*钳住I2C总线，准备发送或接收数据 */
  64.   _Nop();
  65.   _Nop();
  66. }

  68. /*******************************************************************
  69.                       结束总线函数               
  70. 函数原型: void  Stop_I2c();  
  71. 功能:     结束I2C总线,即发送I2C结束条件.  
  72. ********************************************************************/
  73. void Stop_I2c()
  74. {
  75.   m_SDA=0;      /*发送结束条件的数据信号*/
  76.   _Nop();       /*发送结束条件的时钟信号*/
  77.   m_SCL=1;      /*结束条件建立时间大于4μs*/
  78.   _Nop();
  79.   _Nop();
  80.   _Nop();
  81.   _Nop();
  82.   _Nop();
  83.   m_SDA=1;      /*发送I2C总线结束信号*/
  84.   _Nop();
  85.   _Nop();
  86.   _Nop();
  87.   _Nop();
  88. }

  90. /*******************************************************************
  91.                  字节数据发送函数               
  92. 函数原型: void  SendByte(UCHAR c);
  93. 功能:     将数据c发送出去,可以是地址,也可以是数据,发完后等待应答,并对
  94.           此状态位进行操作.(不应答或非应答都使ack=0)     
  95.            发送数据正常，ack=1; ack=0表示被控器无应答或损坏。
  96. ********************************************************************/
  97. void  SendByte(unsigned char  c)
  98. {
  99. unsigned char  BitCnt;

  101. for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)  /*要传送的数据长度为8位*/
  102.     {
  103.      if((c<<BitCnt)&0x80)m_SDA=1;   /*判断发送位*/
  104.        else  m_SDA=0;               
  105.      _Nop();
  106.      m_SCL=1;               /*置时钟线为高，通知被控器开始接收数据位*/
  107.       _Nop();
  108.       _Nop();             /*保证时钟高电平周期大于4μs*/
  109.       _Nop();
  110.       _Nop();
  111.       _Nop();         
  112.      m_SCL=0;
  113.     }
  114.    
  115.     _Nop();
  116.     _Nop();
  117.     m_SDA=1;                /*8位发送完后释放数据线，准备接收应答位*/
  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;        /*判断是否接收到应答信号*/
  126.     m_SCL=0;
  127.     _Nop();
  128.     _Nop();
  129. }

  131. /*******************************************************************
  132.                  字节数据接收函数               
  133. 函数原型: UCHAR  RcvByte();
  134. 功能:        用来接收从器件传来的数据,并判断总线错误(不发应答信号)，
  135.           发完后请用应答函数应答从机。  
  136. ********************************************************************/   
  137. unsigned char   RcvByte()
  138. {
  139.   unsigned char  retc;
  140.   unsigned char  BitCnt;
  141.   
  142.   retc=0;
  143.   m_SDA=1;                     /*置数据线为输入方式*/
  144.   for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)
  145.       {
  146.         _Nop();           
  147.         m_SCL=0;                  /*置时钟线为低，准备接收数据位*/
  148.         _Nop();
  149.         _Nop();                 /*时钟低电平周期大于4.7μs*/
  150.         _Nop();
  151.         _Nop();
  152.         _Nop();
  153.         m_SCL=1;                  /*置时钟线为高使数据线上数据有效*/
  154.         _Nop();
  155.         _Nop();
  156.         retc=retc<<1;
  157.         if(m_SDA==1)retc=retc+1;  /*读数据位,接收的数据位放入retc中 */
  158.         _Nop();
  159.         _Nop();
  160.       }
  161.   m_SCL=0;   
  162.   _Nop();
  163.   _Nop();
  164.   return(retc);
  165. }

  167. /********************************************************************
  168.                      应答子函数
  169. 函数原型:  void Ack_I2c(bit a);
  170. 功能:      主控器进行应答信号(可以是应答或非应答信号，由位参数a决定)
  171. ********************************************************************/
  172. void Ack_I2c(bit a)
  173. {
  174.   
  175.   if(a==0)m_SDA=0;              /*在此发出应答或非应答信号 */
  176.   else m_SDA=1;
  177.   _Nop();
  178.   _Nop();
  179.   _Nop();      
  180.   m_SCL=1;
  181.   _Nop();
  182.   _Nop();                    /*时钟低电平周期大于4μs*/
  183.   _Nop();
  184.   _Nop();
  185.   _Nop();  
  186.   m_SCL=0;                     /*清时钟线，钳住I2C总线以便继续接收*/
  187.   _Nop();
  188.   _Nop();   
  189. }


  192. /*******************************************************************
  193. DAC 变换, 转化函数               
  194. *******************************************************************/
  195. bit DACconversion(unsigned char sla,unsigned char c,  unsigned char Val)
  196. {
  197.    Start_I2c();              //启动总线
  198.    SendByte(sla);            //发送器件地址
  199.    if(ack==0)return(0);
  200.    SendByte(c);              //发送控制字节
  201.    if(ack==0)return(0);
  202.    SendByte(Val);            //发送DAC的数值  
  203.    if(ack==0)return(0);
  204.    Stop_I2c();               //结束总线
  205.    return(1);
  206. }

  208. /*******************************************************************
  209. ADC发送字节[命令]数据函数               
  210. *******************************************************************/
  211. bit ISendByte(unsigned char sla,unsigned char c)
  212. {
  213.    Start_I2c();              //启动总线
  214.    SendByte(sla);            //发送器件地址
  215.    if(ack==0)return(0);
  216.    SendByte(c);              //发送数据
  217.    if(ack==0)return(0);
  218.    Stop_I2c();               //结束总线
  219.    return(1);
  220. }
  221. unsigned char IRcvByte(unsigned char sla)
  222. {  unsigned char c;

  224.    Start_I2c();          //启动总线
  225.    SendByte(sla+1);      //发送器件地址
  226.    if(ack==0)return(0);
  227.    c=RcvByte();          //读取数据0

  229.    Ack_I2c(1);           //发送非就答位
  230.    Stop_I2c();           //结束总线
  231.    return 0;
  232. }
  233. float Get_Current(unsigned char s)      //读取电流
  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//外部中断0的执行程序。
  252. {                                                            //interrupt 0指外部中断0 using 0指第0组寄存器                                                 
  253.         pluse++ ;
  254. }

  256. void timer0_init()
  257. {
  258.         TMOD=0x01;//定时器0工作方式1 定时器1工作方式1
  259.        
  260.         TH0=0xff;
  261.         TL0=0xa3;//定时50ms
  262.        
  263.         TH1=0x4b;
  264.         TL1=0xff;//定时0.1ms
  265.        
  266.         IT0=1;//外部中断0为跳变沿触发方式   
  267.        
  268.   EA=1;//开总中断
  269.   EX0=1;//打开外部中断0   
  270.        
  271.         ET0=1;//打开定时器0中断开关
  272.         TR0=1;//打开定时器0运行开关
  273.         ET1=1;//打开定时器0中断开关
  274.         TR1=1;//打开定时器0运行开关
  275.         PT1 = 0 ;
  276.         PX0 = 1 ;
  277.         PT0 = 1 ;
  278.        
  279. }
  280. void tim0() interrupt 1
  281. {
  282.        TR0=0;                //赋初值时，关闭定时器
  283.        TH0=0xff;       
  284.        TL0=0xa3;        //定时0.1ms
  285.        TR0=1;                //打开定时器
  286.        time++;
  287.        
  288.        if(time>=10) //10*0.1ms=1ms   pwm波一个周期1ms,即1khz
  289.                          {
  290.                                  time=0;       
  291.                          }
  292.        if(time<=duty) PWM1=1;                //点空比70%
  293.        else PWM1=0;   
  294. }

  296. void tim1() interrupt 3   //定时器1的中断服务函数
  297. {
  298.            EX0 = 0 ;//关闭外部中断，停止记录脉冲数
  299.            TR1=0;                //赋初值时，关闭定时器
  300.      TH1=0x4b;       
  301.      TL1=0xff;        //定时50ms
  302.      TR1=1;                //打开定时器
  303.            Speed = pluse*12.5 ;  //将脉冲数转化为转速，编码器为96线，转一圈输出96个脉冲，所以转速=脉冲数/50ms/96*60   ，单位转/分钟
  304.            pluse = 0 ;
  305.                  EX0 = 1 ;//打开外部中断
  306. }


  309. void main()  //主循环
  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);//显示字符
  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();  //配置定时器和外部中断
  324.        
  325.         while(1)
  326.         {
  327.           sprintf(a,"%.1f ",Speed);  //显示速度
  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;      //电机扭矩=电流*转矩常数*磁通量
  336.                
  337.                 sprintf(a,"%.2f  ",Current);  //显示电流
  338.                 OLED_ShowString(40,3,a,12);
  339.                        
  340.        
  341.                 sprintf(a,"%.2f  ",T);  //显示扭矩
  342.                 OLED_ShowString(40,5,a,12);
  343.         }
  344.        
  345. }
复制代码



Keil代码下载: 电机转速电流.zip (350.44 KB, 下载次数: 42)

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沙发
ID:262 发表于 2022-5-5 20:39 | 只看该作者
楼主你好 能分享一下原理图吗?这个是怎么测电流的?用的什么芯片?
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板凳
ID:688286 发表于 2022-5-5 23:00 | 只看该作者
heicad 发表于 2022-5-5 20:39
楼主你好 能分享一下原理图吗?这个是怎么测电流的?用的什么芯片?

用的采样电阻，在GND和下桥臂之间接一个0.05的采样电阻，把采样电阻上的压降放大20倍，ADC采样之后的电压就是电流

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地板
ID:56665 发表于 2022-5-6 08:37 | 只看该作者
电机扭矩=电流*转矩常数*磁通量，这个公式中转矩常数是马达规格书上有注明吗，还有磁通量怎么测试的
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5#
ID:77675 发表于 2022-5-6 12:36 | 只看该作者
能分享一下原理图吗?
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6#
ID:1058055 发表于 2022-12-17 17:33 | 只看该作者
heicad 发表于 2022-5-5 20:39
楼主你好 能分享一下原理图吗?这个是怎么测电流的?用的什么芯片?

应该是L298或者L297
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