直流电机控制系统设计.

1、XX大学课程设计论文题目直流电机控制系统设计班级学号 学生姓名指导教师航空航天大学课程设计任务书课程名 称专业根底课程设计院系自动化学院专业测控技术与仪器班级 学号课程设计题目 直流电机控制系统设计课程设计时间:2021年7月9日至2021年7月20日 课程设计的容及要求：1容利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时 控制电机的正转、反转、启动、停顿、加速、减速等。2要求（1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。（2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。（3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。（4）用汇编或C语言进展程序设计与调试。5完成系统硬件电路的设计。

2、6撰写一篇7000字左右的课程设计报告。指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日目录0 前言 11 总体方案设计 21.1 系统方案 21.2 系统构成 21.3 电路工作原理 21.4 方案选择 32 硬件电路设计 32.1 系统分析与硬件设计 32.2 单片机 AT89C5232.3 复位电路和时钟电路 42.4 直流电机驱动电路设计 42.5 键盘电路设计 43 软件设计 53.1 应用软件的编制和调试 53.2 程序总体设计 53.3 仿真图形 74 调试分析 95 结论及进一步设想 9参考文献 10课设体会 11附录 1 电路原理图 12附录 2 程序清单 13直流电机调速系统设计

3、XXXXX大学自动化学院摘要：本篇论文介绍了基于单片机的直流电机 PWN调速的根本方法，直流电机调速的相 关知识以及PWM调速的根本原理和实现方法。重点介绍了基于 MCS-51单片机的用软件 产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一 种有效的途径。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速围广，过载能力大，能承受 频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程中自动化 系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动开 展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统体积小，构造简单、可靠性高、操 作维

4、护方便，电动机稳态运转时转速精度可到达较高水平，静动态各项指标均能较好地 满足工业生产中高性能电气传动的要求。关键词：单片机最小系统 ；PWM;直流电机调速；0 刖言电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用围已普及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办 公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品如电冰箱，空调， DVD等中, 都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般

5、采用模拟法， 对电动机的简单控制 应用比拟多。简单控制是指对电动机进展启动， 制动，正反转控制和顺序控制。然而近年 来，随着技术的开展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高， 直流电动机的 应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力 强等特点显得十分重要，为了能够适应开展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得 到了很大的开展。而作为单片嵌入式系统的核心一单片机，正朝着多功能、多项选择择、 高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强 I/O功能等方向开展。随着计算机档次的不 断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能

6、化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。 这是因为单片机具有很多优点：体积 小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，构造合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。 所以选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。可修编.1总体方案设计1.1系统方案针对本课题的设计任务，进展分析得到：本次课程设计以AT89C52单片机为核心,以5个弹跳按钮作为输入端，到达控制直流电机的正转、反转、停顿、加速、减速。在设 计中，采用PWM技术对电机进展控制。1.2系统构成该直流电机控制系统的设计，在总体上大致可分为以下5个局部组成：输入模块，AT89C52单片机，电源模块，驱动模块，直流电机。系统原

7、理框图如图1所示。图1系统原理框图1.3电路工作原理根据励磁方式不同，直流电机分为自励和他励两种类型。 不同励磁方式的直流电机机 械特性曲线有所不同。对于直流电机来说，认为机械特性方程式为：n=U n/(K e(|N)-(Rad+Ra)/(K eKt $n)T=n- n公式 1-1式中Un，4n额定电枢电压、额定磁通量；Ke ， Kt-与电机有关的常数；Rad，Ra-电枢外加电阻、电枢电阻；n， n理想空载转速、转速降。分析 公式1-1可得，当分别改变Un、也和Rad时，可以得到不同的转速n,从而 实现对速度的调节。由于© =T，当改变励磁电流If时，可以改变磁通量©的大小

8、，从而到 达变磁通调速的目的。但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流 If和磁通量©只能在低于其额定值的围调节，故只能弱磁调速。而对于调节电枢外加电阻 Rad时，会使机械特性变软，导致电机带负载能力减弱。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，进而到 达控制要求的一种电压调整方法。 PWM 可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、 压力控制等。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 根据需要改变一个周期 “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

9、动机的转速。因此， PWM 又被称为“开 关驱动装置。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。 只要按一定规律， 改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。 当我们改变占空比时， 可以得到不同的电机平均速度，从而到达调速的目的。1.4方案选择 方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而到达调速的目的。但是 电阻网络智能实现有级调速， 而数字电阻的元器件价格比拟昂贵。 更主要的问题在于一般 电动机的电阻很小，但电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现起来很困难。方案二：采用继电器对电动机的开或关进展控制， 通过开关的切换对电机的速度进展 调整。这个方案的优点是

10、电路较为简单， 缺点是继电器的响应时间慢、 机械构造容易损坏、 寿命较短、可靠性不高。方案三：采用驱动芯片 L298 驱动直流电机， L298 具有驱动能力强，外围电路简单等 优点。综合各方面的因素，采用了方案三。2 硬件电路设计2.1系统分析与硬件设计键盘向单片机数日相应控制指令，由单片机通过 P3.0 与 P3.1 其中一口输出与转速相 应的 PWM 脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大，驱动电动机来控制电路，实现电动 机转向和转速的控制。2.2 单片机 AT89C52采用AT89C52是MSC-51系列单片机的升级版，由世界著名半导体公司ATMEL在购置MSC-51设计构造后，利用自身优

11、势技术闪存生产技术对旧技术进展改良和扩展，同时使用新的半导体生产工艺， 最终得到成型产品。 与此同时， 世界上其他的著名公司也 通过根本的51核，结合公司自身技术进展改良生产，推广了一批如51F020等高性能单片 机。AT89C52片集成256字节程序运行空间，8K字节Flash存储空间，支持最大64k外部 存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在 0-33M 之间。片资 源有 4组 I/O 控制端口、 3个定时器、8个中断、软件设置低耗能模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压围正常工作。不断开展的半导体工艺也让该单片机的功耗不 断降低。同时，该单片机支持计算机

12、并口下载， 简单的数字芯片就可以制成下载线， 仅仅 几块钱的价格让该型号单片机畅销 10年不衰。根据不同场合的要求，这款单片机提供了 多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插PID-40的封装。2.3复位电路和时钟电路复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的根本模块，复位电路通常分为两 种：上电复位和手动复位。有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，经常需要手动复位，所以本次设计选用手动复位。2.4直流电机驱动电路设计由于单片机P3 口输出的电压最高才有5V，难以直接驱动直流电机。所以我们需要使 用恒压恒流桥式2A驱动芯片L298来驱动电机

13、。L298可承受标准TTL逻辑电平信号，可 接4.57V电压。4脚接电源电压，电压围+2.546V。输出电流可达2.5A，可驱动电感性 负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信 号。L298可驱动2个电动机，0UT1,0UT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机。本设计 我们选用驱动一台电动机。5，7，10, 12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。同时 需要加四个二极管在电机的两端，防止电机反转的时候产生强大的冲击电流烧坏电机。具体驱动电路如下:4A01T泉7.IN1 VCCvsIN2叮UT1m3INIC JT2EMAENBOl»T?SEK6

14、AdimSENS as11竜U?1N4ED1图2驱动电路2.5键盘电路设计正转、反转、停顿、加速、减速五个开关分别与单片机的 P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1相连, 然后再与地相连。正转实现直流电机的正转，反转实现直流电机的反转，停顿实现直流电 机的停转，加速实现直流电机的加速，减速实现直流电机的减速，具体键盘电路如下：图3键盘电路3软件设计3.1应用软件的编制和调试使用Keil软件编程时，工程开发流程和其它软件开发工程的流程较为相似。(1) 创立一个工程，从器件库中选择目标器件，配置工具设置；(2) 用C语言或会变语言创立源程序；(3) 用工程管理器生成应用；(4) 修改源程序中

15、的错误；(5) 测试，连接应用。3.2程序总体设计利用P3 口，编制程序输出一串脉冲，经放大后驱动直流电机，改变输出脉冲的电平 的持续时间，到达使电机正转、反转、停顿、加速、减速等目的。由软件编程从P3.0/P3.1管脚产生PWM信号，经驱动电路输出给电机，从而控制电机得电与失电。软件采用延时 法进展设计。单片机上电后，系统进入准备状态。按动正转按钮后，根据P3.0为高电平时实现电机正转，P3.1为高电平时实现电机反转。根据不同的加减速按钮，调整P3.0/P3.1输出上下电平时的有效值，进而控制电机的加减速。其主程序流程如图2所示：图4主程序流程图3.3仿真图形按下“正转按钮，直流电机运行效果

16、如下图:图5电机正转按下“加速按钮，直流电机正向加速，运行效果如下图:图6电机正转加速按下“减速按钮，直流电机正向减速，运行效果如下图:图7电机正转减速按下“停顿"按钮，直流电机停顿运转，运行效果如下图:图8电机停转按下“反转"按钮，直流电机开场反转，运行效果如下图:图9电机反转4调试分析在调试时，由于子程序有很多，有时没法将每一个子模块都运行到，自然也无法及时 发现其中的疏漏。为了解决这个问题，更好地查找错误，我解决的方法是将各个模块分别 进展调试。例如在调试某一模块时， 先将其他模块用“ / 暂时屏蔽掉，直到各个子模块 都安康运行后，再整体调试，这样我们更加容易找出错误

17、，增加效率。软件调试需要不断 的在单片机上执行看输出的结果，如果每次都在硬件上操作比拟麻烦，因此我使用了“ProteuS仿真软件，将我们的电路硬件搭建出来，在这个平台上调试软件，并且到达了 比拟好的效果。5结论及进一步设想根据实验结果，本设计根本完成了设计要求，系统能够实现正转、反转、加速、减速、 停顿能功能。但是由于我对数码管等显示模块掌握度不够，系统还不能显示出电机转速， 如果可以再多给我一些时间，我一定能设法用 LCD或数码管显示出电机的转速。参考文献1 王鉴光.电动机控制系统 .:机械工业 ,19942 小春 ,首桁 .无刷直流电动机的单片机控制 .自动化技术与应用 ,20213 王小

18、明 .电动机的单片机控制 .:航空航天大学 ,20024 堔.直流无刷电动机原理及应用 .:机械工业 ,1996 涵芳,X爱卿.MCS-51/96系列单片机原理及应用:航空航天大学，19776 何立民 .单片机应用技术选编 .: 航空航天大学 ,20037 史国生.交直流调速系统 .:化学工业 ，20028 兴.电动机调速的原理及系统 .:水利电力 ，2003课设体会通过本次课程设计， 我从直流电机调速系统的设计与搭建中深深的体会到软件对于一 个系统来说是多么重要。软件可以说是一个系统的灵魂 ,在工作中指导硬件按照指定的方 案运行。对于刚学汇编不久的我来说 ,编制一个完整的系统软件可谓无任何经

19、历可言。在 设计过程中 ,我们主要学习体会了单个模块的搭建与编程 ,例如键盘子程序 , 中断子程序等 等。在这个系统搭建过程中 ,不但要将这些子模块有机的结合在一起 ,还要让它们较好的协 调起来 ,按照我们思路运行，可以说是比拟困难的。由于我缺乏经历，所以经常犯下许多低级错误。单片机编程是不能想当然的，我最容 易犯的错误就是不经论证就去按照自己觉得可行的思路去进展， 往往导致系统不能正常工 作。例如我原来在编制显示子程序时， 只记得将相应段码与位码相对照， 却忘记了实际硬 件是共阴极还是共阳极； 还有显示间隔时间的问题， 我本以为长短无所谓， 但结果是如果 间隔大于10ms就会产生闪烁感，导致

20、没有静态的效果，而间隔太短的话必须在显示下一 个之前，将前一个位选去除，否那么就容易产生“串位，导致显示的不正常；在键盘扫 描子程序中， 当有键按下做相应操作， 必须当按键释放时才能继续扫描， 否那么将导致一 次按下执行屡次的错误情况虽然遇到了许多困难， 但是在教师的帮助下，我还是完成 了这次的课程设计。 通过本次课程设计， 我进一步了解了系统搭建的过程和系统软件编程 的步骤，为今后的学习打下良好的根底。在这里我要感我的指导教师 XX教师。X教师工作很忙，但还是在我做课程设计的时 间里一直关心我的进展， 从设计方案确实定和修改， 仿真的检查， 及后来的详细设计等过 程中都给了我很大的支持和关注

21、。 本次课程设计让我把理论应用到了实践， 同时通过课程 设计，也加深了我对专业理论知识的理解和掌握。 在解决问题的过程中， 我查阅了大量专 业书籍，获得了许多专业知识， 拓展了视野， 提高了我的理论水平和实际的动手能力， 并 让我学会了解决问题的方法，激发了我的探索精神。这样的课程设计是很好的锻炼时机， 课程设计使我深入的了解到了实践能力对于工科学生的重要性， 增强了我们的实践动手能 力，也为我接下来大四的毕业设计提供了珍贵的经历。2012年 7月 19日完成附录1电路原理图一目三S一旦三3Ol爲tcI gogc11JJd 0 汽; =S S = uc =ISc55 a £Vrh|i

22、k ma rj gKPw=»r匚卜E?|q 二晞© itS-si5b co45r£'g1*nrqs§§唱gg -赛d g吐 匚 Hicg Bl.t 港£ UX曽£SEad ss DL 菽 Zd 玉rid rs 口 一聶證 i3g-d Mil 二 d grd 站它二B-启怎l£Z1E 二 m:洱 * 幕 Q :* / -Pl R附录 2 程序清单#include<at89x51.h>#define unchar unsigned char#define unint unsigned intunsi

23、gned char codedispcode=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x84,0xff,0xbf;/ 显示代码unsigned char dispbitcode=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;/ 位选口unsigned char dispbuf4=0,0,0,0;unsigned char dispbitt;unint mstt;unint i;unint count=0;unchar tp=0;void ledshow();void keyscan();v

24、oid delay();void just();void turn();void motorstop();void speedup();void speeddown();void main(void)P3_0=1;P3_1=0;dispbuf0=16;TH0=0x06;TL0=0x06;TR0=1;ET0=1;EA=1;while(1)ledshow();/ 数码管显示 keyscan();/ 键盘扫描/ 延时 10ms 程序void delay()unsigned char i,j; for(i=20;i>0;i-) for(j=248;j>0;j-);/ 键盘扫描程序 void keyscan()unchar temp=0;P1=0xff; if(P1&0x1f)!=0x1f)delay(); if(P1&0x1f)!=0x1f)switch(temp) case 0x1e: just();break;case 0x1d: turn();break;case 0x1b:motorstop();break;case 0x17: s