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I 毕业设计 论文题目论文题目：电机的调速系统设计 学学生生： 指导教师指导教师： 专专业业： 班班级级： II 电机的调速系统设计电机的调速系统设计 摘 要 本设计就是基于 PWM 信号对四个步进电机进行调速控制，以 MCF52259 单片机为系统控制的核心，以驱动芯片 THB6064AH 组成电机的驱动模块，并实 时的测量电机的实际速度，并把该速度信息在 LCD1602 上显示，组成了一个小 型的闭环的小功率步进电机调速的系统。 为了实现电机调速的稳定和快速， PWM 控制方式配合 THB6064AH 电机驱动芯片对小功率步进电机进行驱动和调速是 较好的调速系统解决方案。其中 THB6064AH 内部集成两路 H 桥式驱动电路。 本系统中利用单片机控制其产生的 PWM 信号占空比大小， 和采用光电码盘采集 的电机转速信号来进行调速。在 LCD1602 液晶上显示当前转速和设置的转速， 将当前转速作为反馈信号与设置转速比较，以确定 MCF52259 单片机给加速信 号还是减速信号，直到两者的速度相等后保持这个速度稳定运行。 关键字：关键字：步进电机；单片机；驱动芯片；传感器 II The design of Motor speed control system Abstract The design is based on PWM signal to four stepper motors speed control, MCF52259 single-chip microcomputer as the core of system control, to drive the chip THB6064AH of motor driver module, and real time measuring the actual speed of motor, and referring to the information on the LCD1602 display speed, formed a small loop of small power stepping motor speed control system.In order to achieve stable and rapid motor speed, PWM control mode with THB6064AH motor driver chip for small power stepper motor speed regulation system of drive and speed regulation is a better solution.The THB6064AH internal integration two H bridge driving circuit.In this system using single-chip microcomputer control PWM signals generated by the size of duty ratio, and USES the light code disc acquisition speed control motor speed signal.On the LCD1602 LCD display the current speed and speed Settings, set the current speed as feedback signal and speed comparison, to determine MCF52259 microcontroller to accelerate signals or slow down, until after the speed equal to keep the stable operation speed. Key words: stepper motor;Single chip microcomputer;Driver chips;The sensor I 目目录录 摘摘 要要IIII AbstractAbstract.I II I 1 1 绪论绪论1 1 1.1论文背景和意义1 1.2国内外研究状况1 1.3主要技术介绍.2 1.4本章小结.3 2 2系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计4 4 2.1调速系统硬件电路主控芯片选型.4 2.2MCF52259 的硬件最小系统 5 2.2.1电源电路的设计5 2.2.2晶振电路和 PLL 滤波的设计.6 2.2.3复位电路的设计7 2.2.4写入器接口电路.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.3信号调理模块电路的设计错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.4报警器电路错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.5保护电路错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.6通信模块电路.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.7 驱动模块电路的设计错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.8液晶显示屏电路的设计.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.9本章小结错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3 3调速系统软件的设计调速系统软件的设计错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.1调速系统软件介绍.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2控制系统程序的设计.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结结 论论错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致致谢谢错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献参考文献错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 电机的调速系统设计 1 绪论 1.1论文背景和意义 在现代的工业生产及应用中，电动机发挥着越来越重要的作用，由电动机和 生产机械组成的系统称为电力拖动系统，电动机是其重要的组成器件，电动机的作 用是将电能转换为机械能，为生产机械提供动力，是生产机械的原动力，是生产机 械的原动机，为生产提供了动力。步进电机传动效率高、运行经济、操作简便，因 而得到了越来越广泛的应用，特别是在现在的工业企业中，几乎所有的生产机械都 是由电动机来拖动的，例如各种机床、各种生产线、风机、水泵，等等。可以毫不 夸张的说，没有电动机、没有电机，就没有现代工业。这样，电动机在我国国民经 济中得重要作用就不言而喻了，所以说电动机在的日常的生活中是必不可少的。所 以设计中非常有必要研究一下步进电机。电动机是主要的动力设备，步进电动机就 是将电能转换成机械能（电动机）或将机械能转换为电能（发电机）的旋转电机。 近年来，随着科技的进步，步进电机得到了越来越广泛的应用，步进具有优良的调 速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可 实现频繁的无极快速起动、 制动和反转， 由于在需要用到变速的场合有很多的应用， 所以需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对步进电机提出了较 高的要求。这就使研究步进电机的转速变的非常有意义，对日常的生活也有很大的 帮助。 1.2国内外研究状况 在国外，由于工业的不断发展，比较重视电机调速系统的发展，并且发展速度 较快。我国电机调速技术的应用，是一个由试验到实用，由辅助系统到生产装置， 2 由考虑节能到全面改善工艺水平，由开环手动控制到闭环自动控制，由低压中小容 量到高压大容量的过程。多年来，国家有关部门一直致力于电机调速技术的开发及 推广应用，并给予重点扶持，并将推广应用电机调速技术作为风机、水泵节能技改 专项的重点投资方向。国家成立了风机水泵节能中心，开展信息咨询和培训。在国 家经贸委小“九五”资源节能综合利用工作纲要中，电机调速己被列入重点组织实 施的 10 项资源节约综合利用技术改造示范工程之一。电机调速技术的应用范围已 发展到新阶段。在石油、石化、机械、冶金等行业都得到了大量使用和整套装置系 统使用，取得了节能、增产的显著效果。电机调速技术己成为节约能源及提高产品 质量的有效措施。实践的结果证明，节电率一般在 1030，有的高达 40， 更重要的是生产中一些技术难点也得到解决。 中国经过近三十年的发展，电机调速电气传动已上升为电气调速的主流，正在 越来越广泛的领域取代传统的电机调速传动。其中变频调速是电机调速中发展最 快、最活跃的一支。它以其优异的调速和起、制动性能，高效率、高功率因数和节 电效果及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式，成为现代调速 传动的主流。在冶金、交通、机械、电子、石油化工、纺织、制药、造纸、家用电 器、电力牵引等工业领域得到了广泛的应用，产生了巨大的经济效益。同时电机调 速系统无论在性能、装置体积、设备维护还是在节能乃至环保等方面也都体现了巨 大的优势。 1.3主要技术介绍 本设计核心技术是脉宽调制（Pulse Width Modulation）控制技术，该技术通常 简称为 PWM 控制技术。PWM（脉冲宽度调制）是通过单片机的输出来控制，从而 达到控制要求的一种电压调整方法。PWM 可以应用在许多方面，比如：电机调速、 温度控制、压力控制等等。在 PWM 驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来 发脉冲，并且可以根据需要改变 PWM 的周期或者频率。通过改变 PWM 电压的频 率来达到改变电机速度的大小，发送一个脉冲电机转一个角度，单位时间内转的越 多，则转速越快，研究 PWM 是非常有实际意义的。 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高 3 分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编 码。PWM 信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完 全有（ON） ，要么完全无（OFF） 。电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF） 的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时 候， 断的时候即是供电被断开的时候。 只要带宽足够， 任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码。 1.4本章小结 本章主要讲述了本章首先阐述课题研究背景及意义，比较了国内外对电机调速 系统设计的研究状况以及主要技术和今后的发展趋势等。 4 2系统硬件电路的设计 电机调速系统的设计主要完成对步进电机的控制， 并完成特定的动作， 同时也会接受 传感器反馈的信号， 形成完整的闭环控制系统。 一个机械控制系统的核心通常是单片机或 者 DSP 等微控制芯片，加以辅助的外围设备，通过编程实现对整个电机的控制，即控制 系统主要包括硬件部分和软件部分的设计。 本设计采用单片机为主控芯片， 通过传感器反馈回来的信号来控制电机进行根据需要 调速。单片机根据电机需要达到的速度的要求和传感器的信号进行逻辑、数字运算，为电 机驱动芯片提供控制信号。 其系统组成框图如下： 图图 2-1 调速系统框图调速系统框图 2.1调速系统硬件电路主控芯片选型 通过分析调速系统的功能需求，本设计选用飞思卡尔公司生产的 32 位的 MCF52259LQFP 为主控芯片。飞思卡尔（Freescale） ，原摩托罗拉半导体部，是全球领先 的半导体公司，为规模庞大、增长迅速的市场提供嵌入式处理产品和连接产品。还为客户 提供广泛多样的辅助设备，连接各种产品、网络和真实世界的信号（如声音、振动和压力 等） 。这些产品包括传感器、射频半导体、功率的管理及其它模拟和混和信号集成电路。 该芯片 144 引脚，内部含有以太网，CAN 通信接口，进行远距离控制时，可以发挥很大 作用。并有 64KB 的静态 RAM，512KB 的 Flash 存储器，支持后台调试模式（BDM） ，用 于串行通信的通用异步收发器，12 位模/数转换器，可编程中断控制器，8MHZ 芯片晶振 上位计算机控制器驱动器电机 反馈装置 哈尔滨剑桥学院毕业设计(或论文) 5 的时钟电路，工作电压为 3.3V，含有锁相环（PLL)和看门狗功能，可靠性高，干扰性强 等，基于以上特点，选用 MCF52259 芯片；如下图所示，为 144 引脚 LQFP（薄型四方扁 平式封装技术）封装的 MCF52259 的引脚图。每个引脚都可能有多个复用功能，有的引 脚有两个复用功能，有的有四个复用功能，系统设计时必须注意只能使用其中一个功能， 在这里引脚的功能就不一一阐述了。 图图 2-2 MCF52259LQFP 2.2MCF52259 的硬件最小系统 单片机最小应用系统是指使内部程序运行的所必需的外围电路， 也可以包括写入器接 口电路。使用一个芯片，必须完全理解其硬件最小系统。MCF52259 的最小系统由电源电 路，晶振电路，复位电路，后台调试（BDM）电路和锁相环（PLL）电路组成。 2.2.1电源电路的设计 电源电路是指提供给用电设备电力供应的电源部分的电路设计， 使用电路的形式和特 点。从整体上考虑，把 12V 电压定为已知电压，控制板电路电源由 12V 进行转换，由于 单片机芯片正常工作所需电压为 3.3V， 放大器芯片等需要 5V 工作电压， 所以调速系统电 路板将涉及到 12V，3.3V 和 5V 几种电压，这里选用 LM1085-3.3 和 LM1085-5 这两款稳 压芯片，将 12V 电压转换为 3.3V 和 5V 电压，电路设计如下图所示： 哈尔滨剑桥学院毕业设计(或论文) 6 图图 2-3MCF52259LQFP 电源电路电源电路 2.2.2晶振电路和 PLL 滤波的设计 晶振电路即时钟电路和 PLL 锁相环电路为芯片提供准确的工作时钟。时钟电路可以 简单定义如下：1）就是产生像时钟一样准确的振荡电路。2）任何工作都按时间顺序，用 于产生这个时间的电路就是时钟电路。