基于单片机的直流电机模拟PWM调速系统

1、计算机控制技术上课时间制定计策成绩评定表设计主题：直流电动机仿真PWM速度控制系统大学名称：电气工程学院专业课：学生姓名：学号：导师：王莉设计位置：2-402设计时间：2011.6.27-2011.7.3教师意见指导：成绩：签名：年月日计算机控制技术上课时间制定计策设计主题：直流电动机仿真PWM速度控制系统大学名称：电气工程学院专业课：学生姓名：学号：导师：王莉设计位置：2-402设计时间：2011.6.27-2011.7.3计算机控制技术课程设计委托书学生姓名专业课学号标题直流电动机仿真PWM调速系统主题的性质工程设计任务来源子爵指导教师王丽主要内容(参数)AT89C51单片机设计直流电动机

2、PWM速度控制系统，具有模拟速度测量功能。外部晶体，速度显示屏为6位LED数码管，4个额外密钥作为功能设置任务要求(进度)第1天：熟悉课程设计挑战和要求，审查主题的技术数据。第2天：确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较、论证，绘制块图，简述工作原理。3-4天：根据确定的方案设计单位回路。必须有选择单位电路图、组件和组件参数的依据，并对每个单位电路的设计进行详细说明。5天：完成课程设计报告。内容完整，图表清晰，文理流利，格式规格，方案合理，设计准确，长度6000字以上。请参阅注释资料1赵建领。51单片机开发和应用技术细节。北京：电子行业新闻稿，2009年2雄定期。电脑控制技术。北京：电子产

3、业出版社，2003古今院。电脑控制技术。北京：北京航空航天大学出版社，20014张振杰。计算机控制原理及应用。北京：电子产业出版社，1995年5吴金珍、沈庆阳、郭正吉。8051单片机的实践与应用。北京：清华大学出版社，2000。审查意见系(教研室)主任签名：年月日列表目录.41简介.51.1直流电动机调速原理.51.2直流调速系统的实现方法.62整体设计方案.72.1工作结构.72.2设计功能要求.73硬件设计.83.1单片机最小系统的实现.83.2LED显示器.93.3控制电路设计部分.103.4设备列表.113.5说明每个组件的角色.123.6作业进程说明.124软件设计.124.1设计理

4、念.124.2流程图.144.3程序清单.155设计摘要.20参考文献.21附录系统结构.22引言1在电气时代，电动机在工业、农业生产、人们的日常生活中起着非常重要的作用。直流电动机是广泛应用于各种领域的最常见类型的电动机。研究直流电动机的控制和测量方法对提高控制精度和响应速度、节能等具有重要意义。电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。不同领域对电动机调速性能的要求不同，因此根据调速方法的不同，应用实例也不同。直流电动机它具有优良的调速特性，调速平稳，调速范围方便；超载容量大，能承受频繁的冲击载荷，频繁的未授权快速启动、制动和反转。只有能够满足生产过程自动化系统的各种特殊运行要求，对

5、直流电动机调速提出了较高的要求，电枢电路电阻调速、电枢电压调速变更等技术已经远远不能满足要求。但是，对于直流电动机，现有调速系统的使用主要有模拟电路容易随时间漂移，产生不必要的热损失，对噪音敏感的缺点。随着电力电子技术的不断发展，更快、更容易控制的全控制电力设备MOSFET和IGBT成为主流，PWM表的优点是主电路线路简单，需要较少的电力设备。开关频率高，电流容易连续，谐波振荡小，电机损耗和散热低。低速性能，稳定的速度精度，速度调节范围，约133600000；与快速响应电动机一起使用时，系统频率带宽、快速动态响应、强大的动态抗扰性、电源开关设备在开关状态下工作，传导损耗小，开关频率合适时开关损

6、耗大，因此设备效率高。直流电源使用非控制整流时，电网功率因数高于相位控制整流器。与常规直流速度控制相比，采用PWM技术的设计减少了电源污染，简化了控制过程，减少了人力资源的使用。此外，由于线路简化、电源设备使用减少，系统维护、维修变得简单，但是移动和静态性能得到了进一步提高。1.1直流电动机调速原理直流电动机根据励磁方式分为磁励磁和励磁两种类型。不同励磁方式直流电动机的机械特性曲线不同。但是，直流电动机的速度具有以下公式：n=U/Cc-TR内部/CrCc。其中u-电压，-励磁绕组本身的电阻；-每极磁通量(WB)；Cc-电位常数；Cr-扭矩常数。如上所述，直流电动机的速度控制既可以使用电枢控制方

7、法，也可以使用磁场控制方法。磁通控制法控制功率小，但在低速时受极饱和限制，在高速时受整流火花和换向器结构强度限制，由于励磁线圈的电感大，动态响应不好，所以控制磁通。因此，工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。图1-1直流电动机操作原理图电枢控制是在励磁电压恒定的情况下，向电机的电枢添加控制电压信号，从而控制电机的速度。其中脉宽调制(PWM)广泛应用于工业生产。脉宽速度调节通过使用固定频率控制电源的连接或连接，以及通过更改直流电动机电枢电压的“占空比”来改变平均电压大小，从而控制电动机速度，PWM有时称为“开关驱动器”。图1-2电枢电压占空比与平均电压的关系根据上图，如果电动机总是开机时电动机速

8、度最大，且占空比为D=/T，则电动机的平均速度为：这可以通过更改占空比D来实现以不同的电机速度，达到调速目的。1.2直流调速系统的实现PWM是掌握电路的速度控制系统。在PWM速度控制系统中，如果电源电压恒定，则电枢端电压的平均值取决于负载率d的大小，更改d的值可以改变电枢端电压的平均值，以达到速度控制目的。有三种方法可以更改占空比d的值。a，固定宽度的调频方法：不变，只改变t，周期(或频率)也发生变化。(图1-2)B，宽调制FM方法：保持t不变，只要进行更改，周期(或频率)也将发生变化。(图1-2)C，固定频率调制方法：在保持周期t(或频率)不变的情况下更改和t。(图1-2)前两种方法在速度控

9、制时改变控制脉冲的周期(或频率)，而控制脉冲的频率和当系统的固有频率接近时，会发生振动，因此经常使用固定频率宽度方法更改攻略改变直流电动机电枢两端电压的比率。2整体设计2.1工作结构图2.1工作结构2.2，设计功能，要求占空比输入可调电阻输入模拟电压或拨号开关。驱动电路是darlington晶体管驱动器ULN2803中选择所需的构件。检测电动机速度(可配置为555电路)，模拟直流电动机运行，并计算电压控制振荡器输出的脉冲以显示速度转换。模拟正在进行。3、硬件设计3.1单片机最小系统的实现选择3.1.1控制器在设计控制系统时，选择了高性能、低成本的AT89C51微控制器。AT89C51是低功耗高

10、性能CMOS 8位微控制器，包含8k bytes系统可重复写入式闪存只读程序内存，由ATMEL公司的高密度非易失性存储技术制造，与标准MCS-51指令系统和80S51针结构兼容。AT89C51适用于功能强大的小型计算机，在芯片中集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储设备，为许多嵌入式控制应用程序系统提供了经济实惠的解决方案。此外，AT89C51还可以将振荡频率设计和配置为0Hz，通过软件设置睡眠模式。在空闲模式下，CPU停止工作，RAM计时计数器、串行端口、外部中断系统继续工作，断电模式冻结振荡器，存储RAM中的数据，停止芯片上的其他功能，直至外部中断启动或硬件重置。此外，此芯片还以

11、PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式适应各种产品的需求。原理图设计的主要问题是部分设备的选择，其中振荡器的选择是最麻烦的。因为经常对很多设备很熟悉，连接硬件电路会出现很多小问题。因为一般只能在网上找到答案，或者是如何连接各个接口，也可以结合平时的经验和设备的一些共同点进行试验。硬件部分结构图如下：3.1.2实施晶体电路图3.1晶体电路图3.1.3实施重置电路图3.2重置电路图3.1.4最低系统数图3.3最低系统示意图3.2 LED显示器系统选择指示灯显示处理后的结果。使用动态LED显示接口技术。动态显示是微处理器定期扫描显示设备上显示的内容。在此方法中，每个显示设备以分时方式工作，一次仅

12、显示一个显示设备，由于人眼的视觉持续性，在扫描中，可以看到每个设备达到一定速度时显示所有设备。下图显示了显示系统原理图。图3.4显示了系统结构图3.3控制电路设计部分3.3.1占空比输入为可调电阻输入模拟电压或拨号开关。图3.5占空比设计3.3.2驱动电路是darlington晶体管驱动器ULN2803；检测电动机速度(可配置为555电路)，模拟直流电动机运行，并计算电压控制振荡器输出的脉冲以显示速度转换。图3.6输出控制原理图3.4，设备列表设备名称数字，模型数量线路图上的标示电阻10k2R1、R2电容器1nF2C1，C2微控制器AT89C511U1晶体管2N17114Q1、Q2、Q5、Q6

13、晶体管2N29052Q3，Q4八向电阻3001lespack-8晶振1CRYSTAL钥匙拨号4开始、正向、反向、停止LED显示器六字1D1拨号键SW-SPDT8SW1-SW83.5，说明每个组件的角色电容器C2、C3和晶体CRYSTAL用于为单片机提供外部晶体功能。拨号开关用于输入负载率，可以提供8位二进制精度的输入。马达驱动电路的电晶体用于控制马达的正向反转电源方向。显示器D1用于显示模拟测量的电动机速度，与占空比输入有一定的关系。“启动”键启动系统，将系统置于待机状态，显示“0000P”，并等待按“旋转”或“翻转”按钮。按正向按钮时，马达开始以设定为负载速度的正脉冲时间正向旋转，负载循环设置越大，速度越快，反之，速度越小。如果按“反转”，电动机将以相反的方向旋转。“停止”键用于停止电动机电源和显示显示，按“停止”按钮时电动机将