实验三 timer部件驱动马达.doc

电机转动控制实验一、实验目的 ARM 本身自带的六路即三对 PWM ,掌握相应寄存器的配置。 ARM 系统的 PWM 输出用于控制直流电机。 , PWM 的 CPU 编程实现其相应功能的主要方法。二、实验内容学****直流电机的工作原理,了解实现电机转动对于系统的软件和硬件要求。学****ARM 知识,掌握 PWM 的生成方法。编程实现 ARM 芯片的一对 PWM 输出用于控制直流电机的转动,并实现三级速度变化。三、预备知识 1、用 ARM 集成开发环境,编写和调试程序的基本过程。 2、 ARM 应用程序的框架结构。 3、了解直流电机的基本原理。四、实验设备及工具硬件: ARM 嵌入式开发平台、用于 ARM920T 的 JTAG 仿真器、 PC 机 Pentium100 以上。软件: PC 机操作系统 Win2000 或 WinXP 、 ARM 集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。五、实验原理及说明 1 、直流电机 1)直流电动机的 PWM 电路原理晶体管的导通时间也被称为导通角а,若改变调制晶体管的开与关的时间, 也就是说通过改变导通角а的大小,如图 1 所示,来改变加在负载上的平均电压的大小,以实现对电动机的变速控制,称为脉宽调制(PWM) 变速控制。在 PWM 变速控制中,系统采用直流电源,放大器的频率是固定,变速控制通过调节脉宽来实现。构成 PWM 的功率转换电路或者采用"H" 桥式驱动,或者采用"T" 式驱动。由于"T" 式电路要求双电源供电,而且功率晶体管承受的反向电压为电源电压的两倍。因此只适用于小功率低电压的电动机系统。而"H" 桥式驱动电路只需一个电源,功率晶体管的耐压相对要求也低些,所以应用得较广泛,尤其用在耐高压的电动机系统中。图1 脉宽调制(PWM) 变速原理 2)直流电动机的 PWM 等效电路如图 2-a所示:是一个直流电动机的 PWM 控制电路的等效电路。在这个等效电路中,传送到负载( 电动机) 上的功率值决定于开关频率、导通角度及负载电感的大小。开关频率的大小主要和所用功率器件的种类有关,对于双极结型晶体管(GTR) ,一般为 lkHz 至 5kHz ,小功率时(100W ,5A 以下) 可以取高些, 这决定于晶体管的特性。对于绝缘栅双极晶体管(IGBT) ,一般为 5kHz 至 l2kHz ; 对于场效应晶体管(MOSFET) ,频率可高达 20kHz 。另外,开关频率还和电动机电感有关,电感小的应该取得高些。(a) 等效电路 b) PWM 电路中电流和电压波讨论图2 当接通电源时,电动机两端加上电压 Up ,电动机储能,电流增加,当电源中断时,电枢电感所储的能量通过续流二极管 VD 继续流动,而储藏的能量呈下降的趋势。除功率值以外,电枢电流的脉动量也与电动机的转速无关,仅与开关周期、正向导通时间及电机的电磁时间常数有关。 3)直流电动机 PWM 电路举例图3为直流电动机 PWM 电路的一个例子。它属于"H" 桥式双极模式 PWM 电路。图3 直流电动机 PWM 电路举例电路主要由四部分组成,即三角波形成电路、脉宽调制电路、信号延迟及信号分配电路和功率电路。电路中各点波形如图 4所示。其中信号延迟电路是为了防止" 共态直通" 而设置的。一般延迟时间调整在(10~30)ps 之内,根据晶体管特性而定。其原理简单叙述如下: 功率电路主要由四个功率晶体管和四个续流二极管组成。四个功率晶体管分为两组, V1 与 V4 、 V2 与 V3 分别为一组,同一组的晶体管同时导通,同时关断。基极的驱动信号 Ub1 = Ub2 , Ub3=Ub4 。其工作过程为: ·在 t1— t2期间, Ub1> 0与 Ub4 >0, V1 与 V4 导通, V2 与 V3 截止,电枢电流沿回路 l流通。·在 t2— T+ t1期间, Ub1< 0与 Ub4 <0, V1 与 V4 截止, Ub2 >0与Ub 3>0 但此时由于电枢电感储藏着能量,将维持电流在原来的方向上流动,此时电流沿回路 2 流通;经过跨接于 V2 与 V3 上的续流二极管 VD4 、 VD5 。受二极管正向压降的限制, V2 与 V3 不能导通。· T+ t1之后,重复前面的过程。·反向运转时,具有相似的过程。图4 各点波形 4)开发平台中直流电机驱动的实现开发板中的直流电机的驱动部分如图 5 所示;由于 S3C2410X 芯片自带 PWM 定时器, 所以控制部分省去了三角波产生电路、脉冲调制电路和 PWM 信号延迟及信号分配电路,取而代之的是 S3C2410X 芯片的定时器 0、1 组成的双极性 PWM 发生器。 2、 Timer 部件----S3C2410X