单片机的直流电机调速系统设计[001].docx

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1、湖北工业高校自考本科毕业设计（论文）任务书题目单片机的直流电机调速系统设计院别机电工程学院专业机电-体化技术学生姓名李立斌指导老师本文主要探讨了利用MCS-51系列单片机限制PwM信号从而实现对直流电机转速进行限制的方法。文章中接受了特地的芯片组成了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信号占空比进行调整，从而限制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还接受了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它及延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的限制。另外，本系统中运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

2、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限制。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详细的程序实现。关键词：PWM信号，测速发电机，Pl运算TheDesignofDirectCurrentMotorspeedRegulationSystemBasedOnSCMChenliSchoolofInformationandEngineeringAbstractThisarticlemainlyintroducesthemethodtogeneratethePWMsignalbyusingMCS_51single-c

3、hipcomputertocontrolthespeedofaD.C.motor.ItalsoclarifiestheprinciplesofPWMandthewaytoadjustthedutycycleofPWMsignal.Inaddition,IR2110hasbeenusedasanactuatingdeviceofthepoweramplifiercircuitwhichcontrolsthespeedofrotationofD.C.motor.What,smore,tachogeneratorisusedinthissystemtomeasurethespeedofD.C.mot

4、or.TheresultofthemeasurementissenttoA/Dconverterafterpassingthefilteringcircuit,andfinallythefeedbacksingleisstoredinthesingle-chipcomputerandparticipatesinaPIcalculation.Asforthesoftware,thisarticleintroducesindetailtheideaoftheprogrammingandhowtomakeit.Keywords:PWMsignal,tachogenerator,PIcalculati

5、on书目1 .弓I言OLl开发背景OL2选题的目的和意义OL3探讨方法12.总体设计概述22.1 总体硬件电路设计22.1.1系统总体设计框图32.1.28051单片机简介32.1.3单片机系统中所用其他芯片选型52.2PWM信号发生电路设计92.2.1PWM的基本原理92.2.2PWM信号发生电路设计102.2.3PWM发生电路主要芯片的工作原理122.3功率放大驱动电路设计132.3.1芯片IR2110性能及特点142.3.2IR2110的引脚图以及功能142.4主电路设计152.4.1延时爱惜电路152.4.2主电路152.4.3输出电压波形182.4.4系统总体电路图192.5测速发电

6、机202.6滤波电路202.7A/D转换212. 7.1芯片选型213. 7.2ADC0809的引脚及其功能213.系统软件部分的设计223 .IPI转速调整器原理图及参数计算224 .2系统中的部分程序设计233. 2.1主程序设计234. 2.2PI限制算法子程序设计244.系统调试264. 1软件调试265. 2系统仿真26结论28参考文献29附录311 .引言1.1 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接受晶闸管（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

7、逐步从模拟化向数字化转变，特殊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、高牢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洁的（相对于沟通电机），只要变更电机的电压就可以变更转速了。变更电压的方法许多，最常见的一种PWM脉宽调制，调整电机的输入占空比就可以限制电机的平均电压，限制转速。PWM限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年头以前始终未能实现。直到进入上世纪80年头，随着全控型电力电子器件的出现和快速发展，PWM限制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动限制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代限制理论

8、、非线性系统限制思想的应用，PWM限制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM限制技术。L2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，在许多须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。从限制的角度来看，直流调速还是沟通拖动系统的基础。早期直流电动机的限制均以模拟电路为基础，接受运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，限制系统的硬件部分特殊困难，功能单一，而且系统特殊不灵敏、调试困难，阻碍了直流电动机限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，使得许多限制功能及算法可以接受软件技术来完成，为直流电动机的限制供应了更

9、大的灵敏性，并使系统能达到更高的性能。接受单片机构成限制系统，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。传统的限制系统接受模拟元件，虽在确定程度上满足了生产要求，但是因为元件简洁老化和在运用中易受外界干扰影响，并且线路困难、通用性差，限制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行牢靠性及精确性得不到保证，甚至出现事故。目前，直流电动机调速系统数字化已经走向好用化，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，特殊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、高牢靠性已成为它发展的趋势。L3探讨方法本文主要探讨了利用MCS-51系列

10、单片机来作为探讨，通过PWM方式限制直流电机调速的方法。PWM限制技术以其限制简洁、灵敏和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的限制方式。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的隔阂，结合现代限制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM限制技术发展的重要探讨方向之一。本文就是利用这种限制方式来变更电压的占空比实现直流电机速度的限制。文章中接受了特地的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。通过直流测速发电机测得电机速度，然后滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给A/D转换芯片最终反馈给单片机，在内部进行Pl运算，输出限制量完成闭环限制，实现电机的调速限制功能。

11、2总体设计概述单片机直流电机调速的介绍：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。PWM是通过限制固定电压的直流电源开关频率，从而变更负载两端的电压，进而达到限制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动限制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并依据须要变更一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过变更直流电机电枢上电压的“占空比”来变更平均电压的大小，从而限制电动机的转速。所以，PWM又被称为“开关驱动装置”。本系统以89C51单片机为核心，通过单片机限制，C语言编程实现对直流电机的平滑调速。系统限制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，依据PWM调速的基本原理，以

12、直流电机电枢上电压的占空比来变更平均电压的大小，从而限制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机限制速度的变更。本文所探讨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，它主要为软件供应程序运行的平台。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，最终实现限制器所要实现的各项功能，达到限制器自动对电机速度的有效限制。1 .1.1系统总体设计框图本系统接受89C51限制输出数据，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

13、机速度和转向的限制，达到直流电机调速的目的。主控芯片图2-1系统总体设计图2 .1.28051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，其基本结构照旧是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的限制上接受了特殊功能寄存器的集中限制方法。其基本组成如下图所示:图2-28051基本结构图2. CPU及部分部件的作用功能介绍如下中心处理器CPU：它是单片机的核心，完成运算和限制功能。内部数据存储器：8051芯片中共有256个RAM单元，能作为存储器运用的只是前128个单元，其地址为OOH7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前12

14、8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RO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限制。中断限制系统：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Pl.0140VCC28051Pl.139P0.0Pl.2一338P0.1Pl.3一437P0.2Pl.4536P0.3Pl.5635P0.4Pl.6734一P0.5Pl.7833一P0.6RST/VPD932PO.7RXD/P3.01031EA/VPPTXD/P

15、3.11130ALE/PR0GINT0/P3.21229PSENINT1/P3.31328P2.7T0/P3.41427一P2.6T1/P3.51526P2.5WR/P3.61625P2.4RD/P3.71724一P2.3XTAL21823P2.2XTALl1922P2.1VSS2021P2.0图2-38051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，功能及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当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。当使能端呈高电