毕业设计基于单片机的直流电机调速系统

河南科技学院河南科技学院 20092009 届本科毕业论文届本科毕业论文 论文题目 论文题目 基于单片机的直流电机调速系统设计基于单片机的直流电机调速系统设计 学生姓名 学生姓名 陈陈 利利 所在院系 所在院系 信息工程学院信息工程学院 所学专业 所学专业 计算机科学与技术计算机科学与技术 导师姓名 导师姓名 曲培新曲培新 完成时间 完成时间 2009 05 222009 05 22 精品文档 1欢迎下载1欢迎下载 摘摘 要要 本文主要研究了利用 MCS 51 系列单片机控制 PWM 信号从而实现对直流电 机转速进行控制的方法 文章中采用了专门的芯片组成了 PWM 信号的发生系统 并且对 PWM 信号的原理 产生方法以及如何通过软件编程对 PWM 信号占空比进 行调节 从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述 此外 本文中还采用 了芯片 IR2110 作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块 并且把它与延 时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制 另外 本系统中使用了测 速发电机对直流电机的转速进行测量 经过滤波电路后 将测量值送到 A D 转 换器 并且最终作为反馈值输入到单片机进行 PI 运算 从而实现了对直流电机 速度的控制 在软件方面 文章中详细介绍了 PI 运算程序 初始化程序等的编 写思路和具体的程序实现 关键词关键词 PWM 信号 测速发电机 PI 运算 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载 TheThe DesignDesign ofof DirectDirect CurrentCurrent MotorMotor speedspeed RegulationRegulation SystemSystem BasedBased OnOn SCMSCM Chenli School of Information and Engineering AbstractAbstract This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS 51 single chip computer to control the speed of a D C motor It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal In addition IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of D C motor What s more tachogenerator is used in this system to measure the speed of D C motor The result of the measurement is sent to A D converter after passing the filtering circuit and finally the feedback single is stored in the single chip computer and participates in a PI calculation As for the software this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it KeyKey words words PWM signal tachogenerator PI calculation 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 目录目录 1 引言 1 1 1 开发背景 1 1 2 选题的目的和意义 1 1 3 研究方法 2 2 总体设计概述 2 2 1 总体硬件电路设计 2 2 1 1 系统总体设计框图 2 2 1 2 8051 单片机简介 3 2 1 3 单片机系统中所用其他芯片选型 4 2 2 PWM 信号发生电路设计 7 2 2 1 PWM 的基本原理 7 2 2 2 PWM 信号发生电路设计 8 2 2 3 PWM 发生电路主要芯片的工作原理 9 2 3 功率放大驱动电路设计 10 2 3 1 芯片 IR2110 性能及特点 10 2 3 2 IR2110 的引脚图以及功能 11 2 4 主电路设计 11 2 4 1 延时保护电路 11 2 4 2 主电路 11 2 4 3 输出电压波形 13 2 4 4 系统总体电路图 14 2 5 测速发电机 15 2 6 滤波电路 15 2 7 A D 转换 15 2 7 1 芯片选型 15 2 7 2 ADC0809 的引脚及其功能 16 3 系统软件部分的设计 16 3 1 PI 转速调节器原理图及参数计算 16 3 2 系统中的部分程序设计 17 3 2 1 主程序设计 17 3 2 2 PI 控制算法子程序设计 18 4 系统调试 19 4 1 软件调试 19 4 2 系统仿真 20 结论 21 致谢 21 参考文献 22 附录 23 精品文档 1欢迎下载1欢迎下载 1 1 引言引言 1 11 1 开发背景开发背景 现代工业生产中 电动机是主要的驱动设备 目前在直流电动机拖动系统 中已大量采用晶闸管 即可控硅 装置向电动机供电的 KZ D 拖动系统 取代了 笨重的发电动一电动机的 F D 系统 又伴随着电子技术的高度发展 促使直流 电机调速逐步从模拟化向数字化转变 特别是单片机技术的应用 使直流电机 调速技术又进入到一个新的阶段 智能化 高可靠性已成为它发展的趋势 直 流电机调速基本原理是比较简单的 相对于交流电机 只要改变电机的电压就 可以改变转速了 改变电压的方法很多 最常见的一种 PWM 脉宽调制 调节电 机的输入占空比就可以控制电机的平均电压 控制转速 PWM 控制的基本原理很早就已经提出 但是受电力电子器件发展水平的制 约 在上世纪 80 年代以前一直未能实现 直到进入上世纪 80 年代 随着全控 型电力电子器件的出现和迅速发展 PWM 控制技术才真正得到应用 随着电力 电子技术 微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法 如现代 控制理论 非线性系统控制思想的应用 PWM 控制技术获得了空前的发展 到 目前为止 已经出现了多种 PWM 控制技术 1 21 2 选题的目的和意义选题的目的和意义 直流电动机具有良好的起动 制动性能 宜于在大范围内平滑调速 在许 多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用 从控制的角度 来看 直流调速还是交流拖动系统的基础 早期直流电动机的控制均以模拟电 路为基础 采用运算放大器 非线性集成电路以及少量的数字电路组成 控制 系统的硬件部分非常复杂 功能单一 而且系统非常不灵活 调试困难 阻碍 了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广 随着单片机技术的日新月异 使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成 为直流电动机的控制提供 了更大的灵活性 并使系统能达到更高的性能 采用单片机构成控制系统 可 以节约人力资源和降低系统成本 从而有效的提高工作效率 传统的控制系统采用模拟元件 虽在一定程度上满足了生产要求 但是因 为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响 并且线路复杂 通用性差 控 制效果受到器件性能 温度等因素的影响 故系统的运行可靠性及准确性得不 到保证 甚至出现事故 目前 直流电动机调速系统数字化已经走向实用化 伴随着电子技术的高 度发展 促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变 特别是单片机技术的 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载 应用 使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段 智能化 高可靠性已成为 它发展的趋势 1 31 3 研究方法研究方法 本文主要研究了利用 MCS 51 系列单片机 通过 PWM 方式控制直流电机调速 的方法 PWM 控制技术以其控制简单 灵活和动态响应好的优点而成为电力电 子技术最广泛应用的控制方式 也是人们研究的热点 由于当今科学技术的发 展已经没有了学科之间的界限 结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技 术将会成为 PWM 控制技术发展的主要方向之一 本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制 文章中采用了专门的芯片组成了 PWM 信号的发生系统 然后通过放大来驱动电 机 利用直流测速发电机测得电机速度 经过滤波电路得到直流电压信号 把 电压信号输入给 A D 转换芯片最后反馈给单片机 在内部进行 PI 运算 输出控 制量完成闭环控制 实现电机的调速控制 2 2 总体设计总体设计概述概述 单片机直流电机调速简介 单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平 滑调速 PWM 是通过控制固定电压的直流电源开关频率 从而改变负载两端的 电压 进而达到控制要求的一种电压调整方法 在 PWM 驱动控制的调整系统中 按一个固定的频率来接通和断开电源 并根据需要改变一个周期内 接通 和 断 开 时间的长短 通过改变直流电机电枢上电压的 占空比 来改变平均电压的大 小 从而控制电动机的转速 因此 PWM 又被称为 开关驱动装置 本系统以 89C51 单片机为核心 通过单片机控制 C 语言编程实现对直流电机的平滑调速 系统控制方案的分析 本直流电机调速系统以单片机系统为依托 根据 PWM 调速的基本原理 以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小 从而控制电动机的转速为依据 实现对直流电动机的平滑调速 并通过单片机 控制速度的变化 本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部 分组成 硬件部分是前提 是整个系统执行的基础 它主要为软件提供程序运 行的平台 而软件部分 是对硬件端口所体现的信号 加以采集 分析 处理 最终实现控制器所要实现的各项功能 达到控制器自动对电机速度的有效控制 2 12 1 总体硬件电路设计总体硬件电路设计 2 1 1 系统总体设计框图 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 本系统采用 89C51 控制输出数据 由 PWM 信号发生电路产生 PWM 信号 送 到直流电机 直流电机通过测速电路 滤波电路 和 A D 转换电路交数据重新 送回单片机 进行 PI 运算 从而实现对电机速度和转向的控制 达到直流电机 调速的目的 主控芯片 PWM 信号的产生与放 大 直流 电机 测速 发电机 滤波 电路 A D 转换 图图 2 12 1 系统总体设计图系统总体设计图 2 1 2 8051 单片机简介 1 8051 单片机的基本组成 8051 单片机由 CPU 和 8 个部件组成 它们都通过片内单一总线连接 其基 本结构依然是通用 CPU 加上外围芯片的结构模式 但在功能单元的控制上采用 了特殊功能寄存器的集中控制方法 其基本组成如下图所示 图图 2 22 2 80518051 基本结构图基本结构图 2 CPU 及部分部件的作用功能介绍如下 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载 中央处理器 CPU 它是单片机的核心 完成运算和控制功能 内部数据存储器 8051 芯片中共有 256 个 RAM 单元 能作为存储器使用的 只是前 128 个单元 其地址为 00H 7FH 通常说的内部数据存储器就是指这前 128 个单元 简称内部 RAM 内部程序存储器 8051 芯片内部共有 4K 个单元 用于存储程序 原始数 据或表格 简称内部 ROM 定时器 8051 片内有 2 个 16 位的定时器 用来实现定时或者计数功能 并且以其定时或计数结果对计算机进行控制 中断控制系统 该芯片共有 5 个中断源 即外部中断 2 个 定时 计数中断 2 个和串行中断 1 个 3 8051 单片机引脚图 图图 2 32 3 80518051 单片机引脚图单片机引脚图 2 1 3 单片机系统中所用其他芯片选型 1 地址锁存器 地址锁存器可以选择多种 有地址锁存功能的器件有 74LS373 8282 74LS273 等 8282 是地址锁存器 功能与 74LS373 类似 但本 系统选用 74LS373 作为地址锁存器 考虑到其应用的广泛性以及具有良好的性 价比 成为目前在单片机系统中应该较广泛的地址锁存器 74LS373 片内是 8 个输出带三态门的 D 锁存器 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载 当使能端呈高电平时 锁存器中的内容可以更新 而在返回低电平的瞬间 实现锁存 如果此时芯片的输出控制端为低 也即是输出三态门打开 锁存器 中的地址信息便可以通过三态门输出 其引脚图如图 2 4 所示 图图 2 42 4 74L37374L373 引脚图引脚图 2 程序存储器 存储器是单片机的又一个重要组成部分 其中程序存储器是单片机中非常 重要的存储器 但由于其存储空间不足 常常需要对单片机的存储器空间进行 扩展 扩展程序存储器常用芯片有 EPROM 紫外线可擦除型 如 2716 2KB 2732 4KB 2764 8KB 27128 16KB 27256 32KB 等 另外还有 5V 电擦除 E2PROM 如 2816 2KB 2864 8KB 等等 考虑到系统功能的可扩展 性以及程序功能的扩展 本系统采用 16KB 的 27128 作为程序存储器扩展芯片 在满足系统要求的前提下还存有一定的扩展空间 是本系统最合适的程序存储 器扩展芯片 27128 的引脚图如图 2 5 所示 图图 2 52 5 2712827128 结构图结构图 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载 3 数据存储器 8051 单片机有 128B RAM 当数据量超过 128B 也需要把数据存储区进一步 扩展 常用 RAM 芯片分静态和动态两种 静态 RAM 有 6116 2KB 6264 8KB 等 动态 DRAM2164 8KB 等 另外还有集成 IRAM 和 E2PROM 使用 E2PROM 作数据存 储器有断电保护数据的优点 数据存储器扩展常使用随机存储器芯片 用的较多的是 Intel 公司的 6116 容量为 2KB 和 6264 容量为 8KB 本系统采用容量 8KB 的 6264 作为数据存储器 扩展芯片 其引脚图如图 2 6 所示 2 1 4 8051 单片机扩展电路及分析 图图 2 6 6264 引脚图引脚图 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载 图图 2 72 7 80518051 单片机扩展电路及分析单片机扩展电路及分析 接线分析 P0 7 P0 0 这 8 个引脚共有两种不同的功能 分别使用于两种不同的情 况 第一种情况是 8051 不带片外存储器 P0 口可以作为通用 I O 口使用 P0 7 P0 0 用于传送 CPU 的 I O 数据 第二种情况是 8051 带片外存储器 P0 7 P0 0 在 CPU 访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低 8 位地址 然后传送 CPU 对片外存储器的读写数据 P2 7 P2 0 这组引脚的第一功能可以作为通用的 I O 使用 它的第二功 能和 P0 口引脚的第二功能相配合 用于输出片外存储器的高 8 位地址 共同选 中片外存储器单元 但是并不能像 P0 口那样还可以传送存储器的读写数据 P3 7 P3 0 这组引脚的第一功能为传送用户的输入 输出数据 它的第 二功能作为控制用 每个引脚不尽相同 VCC为 5V 电源线 VSS为接地线 ALE 地址锁存允许 编程线 配合 P0 口引脚的第二功能使用 在 PROG 访问片外存储器时 8051CPU 在 P0 7 P0 0 引脚线上输出片外存储器低 8 位 地址的同时还在 ALE 线上输出一个高电位脉冲 其下降沿用于把这个片 PROG 外存储器低 8 位地址锁存到外部专用地址锁存器 以便空出 P0 7 P0 0 引脚 线去传送随后而来的片外存储器的读写数据 VPP 允许访问片外存储器 编程电源线 可以控制 8051 使用片内 ROM EA 还是片外 ROM 如果 1 那么允许使用片内 ROM 如果 0 那么允许使 EA EA 用片外 ROM XTAL1 和 XTAL2 片内振荡电路输入线 这两个端子用来外接石英晶体和微 调电容 即用来连接 8051 片内 OSC 的定时反馈电路 石英晶振起振后 应能在 XTAL2 线上输出一个 3V 左右的正弦波 以便于 8051 片内的 OSC 电路按石英晶 振相同频率自激振荡 电容 C1 C2 可以帮助起振 调节它们可以达到微调 fOSC 的目的 2 22 2 PWMPWM 信号发生电路设计信号发生电路设计 2 2 1 PWM 的基本原理 PWM 脉冲宽度调制 是通过控制固定电压的直流电源开关频率 改变负载 两端的电压 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接通和断开电源 并 且根据需要改变一个周期内 接通 和 断开 时间的长短 通过改变直流电机电 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载 枢上电压的 占空比 来达到改变平均电压大小的目的 从而来控制电动机的转 速 也正因为如此 PWM 又被称为 开关驱动装置 如图 2 8 所示 图图 2 82 8 PWMPWM 方波方波 设电机始终接通电源时 电机转速最大为 Vmax 设占空比为 D t1 T 则 电机的平均速度为 Va Vmax D 其中 Va指的是电机的平均速度 Vmax 是指电 机在全通电时的最大速度 D t1 T 是指占空比 由上面的公式可见 当我们改变占空比 D t1 T 时 就可以得到不同的 电机平均速度 Vd 从而达到调速的目的 严格来说 平均速度 Vd 与占空比 D 并非严格的线性关系 但是在一般的应用中 我们可以将其近似地看成是线性 关系 2 2 2 PWM 信号发生电路设计 图图 2 9PWM2 9PWM 信号发生电路信号发生电路 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载 PWM 波可以由具有 PWM 输出的单片机通过编程来得以产生 也可以采用 PWM 专用芯片来实现 当 PWM 波的频率太高时 它对直流电机驱动的功率管要求太 高 而当它的频率太低时 其产生的电磁噪声就比较大 在实际应用中 当 PWM 波的频率在 18KHz 左右时 效果最好 在本系统内 采用了两片 4 位数值 比较器 4585 和一片 12 位串行计数器 4040 组成了 PWM 信号发生电路 两片数值比较器 4585 即图上 U2 U3 的 A 组接 12 位串行 4040 计数输出 端 Q2 Q9 而 U2 U3 的 B 组接到单片机的 P1 端口 只要改变 P1 端口的输出 值 那么就可以使得 PWM 信号的占空比发生变化 从而进行调速控制 12 位串行计数器 4040 的计数输入端 CLK 接到单片机 C51 晶振的振荡输出 XTAL2 计数器 4040 每来 8 个脉冲 其输出 Q2 Q9 加 1 当计数值小于或者等 于单片机 P1 端口输出值 X 时 图中 U2 的 A B 输出端保持为低电平 而当计 数值大于单片机 P1 端口输出值 X 时 图中 U2 的 A B 输出端为高电平 随着 计数值的增加 Q2 Q9 由全 1 变为全 0 时 图中 U2 的 A B 输出端又变为 低电平 这样就在 U2 的 A B 端得到了 PWM 的信号 它的占空比为 255 X 255 100 那么只要改变 X 的数值 就可以相应的改变 PWM 信号的占空比 从而进行直流电机的转速控制 使用这个方法时 单片机只需要根据调整量输出 X 的值 而 PWM 信号由三 片通用数字电路生成 这样可以使得软件大大简化 同时也有利于单片机系统 的正常工作 由于单片机上电复位时 P1 端口输出全为 1 使用数值比较器 4585 的 B 组与 P1 端口相连 升速时 P0 端口输出 X 按一定规律减少 而降速时 按一定规律增大 2 2 3 PWM 发生电路主要芯片的工作原理 1 数据比较器 具有数据比较功能的芯片有 74LS6828 74LS6838 等 8 位数值比较器 4 位 数值比较器 4585 等 本 PWM 发生电路通过两片 4 位数值比较器 4585 就可实现 PWM 信号的产生 因此选用 4585 作为信号发生电路 芯片 4585 的引脚图 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载 2 串行计数器 系统 PWM 信号发生电路中还使用到一片串行计数器 有串行计数功能的芯 片有 4024 4040 等 它们具有相同的电路结构和逻辑功能 但 4024 是 7 位二 进制串行计数器 而芯片 4040 是一个 12 位的二进制串行计数器 所有计数器 位为主从触发器 计数器在时钟下降沿进行计数 当 CR 为高电平时 它对计数 器进行清零 由于在时钟输入端使用施密特触发器 故对脉冲上升和下降时间 没有限制 所有的输入和输出均经过缓冲 本系统使用 4040 作为串行计数器 芯片 4040 的引脚图如图 2 11 所示 2 32 3 功率放大驱动电路设计功率放大驱动电路设计 功率放大驱动芯片有多种 其中较常用的芯片有 IR2110 和 EXB841 但由 于 IR2110 具有双通道驱动特性 且电路简单 使用方便 价格相对 EXB841 便 宜 具有较高的性价比 且对于直流电机调速使用起来更加简便 因此该驱动 电路采用了 IR2110 集成芯片 使得该集成电路具有较强的驱动能力和保护功能 2 3 1 芯片 IR2110 性能及特点 图图 2 11 4040 引脚图引脚图 图图 2 10 4585 引脚图引脚图 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载 IR2110 是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁 CMOS 技术 于 1990 年前后开发并且投放市场的 IR2110 是一种双通道高压 高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器 它把驱动高压侧和低压侧 MOSFET 或 IGBT 所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内 外接很少的 分立元件就能提供极快的功耗 它的特点在于 将输入逻辑信号转换成同相低 阻输出驱动信号 可以驱动同一桥臂的两路输出 驱动能力强 响应速度快 工作电压比较高 可以达到 600V 其内设欠压封锁 成本低 易于调试 高压 侧驱动采用外部自举电容上电 与其他驱动电路相比 它在设计上大大减少了 驱动变压器和电容的数目 使得 MOSFET 和 IGBT 的驱动电路设计大为简化 而 且它可以实现对 MOSFET 和 IGBT 的最优驱动 还具有快速完整的保护功能 与 此同时 IR2110 的研制成功并且投入应用可以极大地提高控制系统的可靠性 降低了产品成本和减少体积 2 3 2 IR2110 的引脚图以及功能 IR2110 将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号 可以驱动同一桥臂 的两路输出 驱动能力强 响应速度快 工作电压比较高 是目前功率放大驱 动电路中使用最多的驱动芯片 其结构也比较简单 芯片引脚图如下所示 图图 2 122 12 IR2110IR2110 引脚图引脚图 2 42 4 主电路设计主电路设计 2 4 1 延时保护电路 利用 IR2110 芯片的完善设计可以实现延时保护电路 IR2110 使它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时 保证了加 到被驱动的逆变桥中同桥臂上的两个功率 MOS 器件的驱动信号之间有一互琐时 间间隔 因而防止了被驱动的逆变桥中两个功率 MOS 器件同时导通而发生直流 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载 电源直通路的危险 2 4 2 主电路 从上面的原理可以看出 产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必须有 开关的动作 在高压侧截止期间低压侧必须导通 才能够给自举电容提供充电 的通路 因此在这个电路中 Q1 Q4 或者 Q2 Q3 是不可能持续 不间断的导 通的 我们可以采取双 PWM 信号来控制直流电机的正转以及它的速度 将 IC1 的 HIN 端与 IC2 的 LIN 端相连 而把 IC1 的 LIN 端与 IC2 的 HIN 端 相连 这样就使得两片芯片所输出的信号恰好相反 在 HIN 为高电平期间 Q1 Q4 导通 在直流电机上加正向的工作电压 其 具体的操作步骤如下 当 IC1 的 LO 为低电平而 HO 为高电平的时候 Q2 截止 C1 上的电压经过 VB IC 内部电路和 HO 端加在 Q1 的栅极上 从而使得 Q1 导通 同理 此时 IC2 的 HO 为低电平而 LO 为高电平 Q3 截止 C3 上的电压经过 VB IC 内部电路和 HO 端加在 Q4 的栅极上 从而使得 Q4 导通 电源经 Q1 至电动机的正极经过整个直流电机后再通过 Q4 到达零电位 完 成整个的回路 此时直流电机正转 在 HIN 为低电平期间 LIN 端输入高电平 Q2 Q3 导通 在直流电机上加 反向工作电压 其具体的操作步骤如下 当 IC1 的 LO 为高电平而 HO 为低电平的时候 Q2 导通且 Q1 截止 此时 Q2 的漏极近乎于零电平 Vcc 通过 D1 向 C1 充电 为 Q1 的又一次导通作准备 同 理可知 IC2 的 HO 为高电平而 LO 为低电平 Q3 导通且 Q4 截止 Q3 的漏极近 乎于零电平 此时 Vcc 通过 D2 向 C3 充电 为 Q4 的又一次导通作准备 电源经 Q3 至电动机的负极经过整个直流电机后再通过 Q2 到达零电位 完 成整个的回路 此时 直流电机反转 因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形 由于存在着机械惯性的缘 故 电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来决定的 设 PWM 波的周期为 T HIN 为高电平的时间为 t1 这里忽略死区时间 那 么 LIN 为高电平的时间就为 T t1 HIN 信号的占空比为 D t1 T 设电源电压为 V 那么电枢电压的平均值为 Vout t1 T t1 V T 2 t1 T V T 2D 1 V 定义负载电压系数为 Vout V 那么 2D 1 当 T 为常数时 改变 HIN 为高电平的时间 t1 也就改变了占空比 D 从而达到了改变 Vout 的目 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载 的 D 在 0 1 之间变化 因此 在 1 之间变化 如果我们联系改变 那么便 可以实现电机正向的无级调速 当 0 5 时 Vout 0 此时电机的转速为 0 当 0 5 negsum k2 possum negsum 存储结果 图图 3 23 2 主程序流程图主程序流程图 精品文档 21欢迎下载21欢迎下载 CY 0 temp 1 k3 k1 误差积累 if CY 1 16 位判断 UK 0 xfe else UK k1 k3 else UK 1 P3 UK 4 4 系统调试系统调试 4 14 1 软件调试软件调试 在程序编写的过程中 出现了很多问题 包括键盘扫描处理 PWM 信号发 生电路的控制 以及单片机控制直流电机的转动方向等问题 虽然问题不是很 大 但是也让我研究了好长时间 在解决这些问题的时候 我不断向老师和同 学请教 希望能通过大家一块的努力把软件编写的更完整 让系统的功能更完 备 经过多天的努力探索 也经过老师的指导 大部分问题都已经解决 就是 程序还是不能实现应该实现的功能 这让我很着急 后来经过一点一点的调试 并认真总结 发现了问题其实在编写中断处理程序时出现了错误 修改后即可 实现直流电机调速的目的 总结这次软件调试 让我认识到了做软件调试的基 本方法与流程 1 认真检查源代码 看是否有文字或语法错误 2 逐段子程序进行设计 找出错误出现的部分 重点排查 3 找到合适的方法 仔细检查程序 分步调试直到运行成功 4 24 2 系统仿真系统仿真 仿真软件选择 Proteus 在 Proteus 中画出系统电路图 当程序在 Keil C 中调试通过后 会生成以 hex 为扩展名的文件 这就是使系统能够在 Proteus 中成功进行仿真的文件 将些文件加载到单片机仿真系统中 验证是否能完成 精品文档 22欢迎下载22欢迎下载 对直流电机的速度调节 若不成功 则重新回到软件调试步骤 进行软件调试 找出错误所在 更正后重新运行系统 硬件仿真电路的设计完全按照论文设计 方案进行 在仿真的过程中也遇到了很多问题 比如元件选择 电路设计等 在元件选择方面 有的芯片是我以前学习的时候所没有遇到过的 所以在寻找 和使用的过程中也遇到很多麻烦 但经过自己的努力 并借鉴从互联网上找到 的资料 我逐渐掌握这些元件的使用方法和原理 为系统设计和仿真提供了良 出的基础 另外 在进行仿真的时候 也经常出现程序没有错误了 但是仿真 通不过的情况 这些大部分原因是在管脚定义上 很多系统仿真的问题都出在 这 经过这段时间的努力 使我对仿真软件以及系统设计电路有了更深一步的 认识 也为系统的成功奠定了基础 精品文档 23欢迎下载23欢迎下载 结论结论 本文所述的直流电机闭环调速系统是以低价位的单片微机 8051 为核心的 而通过单片机来实现电机调整又有多种途径 相对于其他用硬件或者硬件与软 件相结合的方法实现对电机进行调整 采用 PWM 软件方法来实现的调速过程具 有更大的灵活性和更低的成本 它能够充分发挥单片机的效能 对于简易速度 控制系统的实现提供了一种有效的途径 而在软件方面 采用 PLD 算法来确定 闭环控制的补偿量也是由数字电路组成的直流电机闭环调速系统所不能及的 曾经也试过用单片机直接产生 PWM 波形 但其最终效果并不理想 在使用了少 量的硬件后 单片机的压力大大减小 程序中有充足的时间进行闭环控制的测 控和计算 使得软件的运行更为合理可靠 致谢致谢 这次毕业设计 凝结了很多人的心血 在此我表示由衷的感谢 没有他们 的帮助 我将无法顺利完成这次设计 首先 我要特别感谢曲培新老师对我的悉心指导 在毕业设计期间曲老师 指导我 帮助我收集文献资料 理清设计思路 完善操作方法 并对我所做的 设计提出有效的改进方案 老师渊博的知识 严谨的作风 诲人不倦的态度和 学术上精益求精的精神让我受益终生 作为一个本科生的毕业设计 由于经验 的匮乏 难免有许多考虑不周全的地方 如果没有导师的督促指导 想要完成 这个设计是难以想象的 因此 特别需要感谢曲培新老师给予的耐心细致的指 导 在此 再一次向曲培新教师以及关心帮助我的教师同学表示最诚挚的谢意 其次 学校在这方面也给我们提供了很大的支持和帮助 学校领导比较重 视 每个设计小组配有专门的指导老师 帮助我们能顺利完成整个设计 对于 学校和老师为我的毕业设计所提供的极大帮助和关心 在此我致以衷