基于AT89S52的PWM控制直流电机调速系统

目录摘要..............................................................................................................................................11绪论..............................................................................................................................................21.1直流调速系统发展概况....................................................................................................21.2本课题研究目的及意义....................................................................................................31.3论文主要研究内容............................................................................................................32直流调速及PWM控制原理.......................................................................................................42.1直流电机调速原理............................................................................................................42.2PWM脉宽调制原理.......................................................................................................53系统总体设计框图及单片机系统的设计...................................................................................73.1系统总体设计原理图........................................................................................................73.2AT89S52单片机简介......................................................................................................73.3系统中所用其他芯片简介................................................................................................93.3.1芯片ADC0809.......................................................................................................93.3.2芯片74LS74.........................................................................................................103.3.3芯片LM324..........................................................................................................113.4系统主要部分电路介绍..................................................................................................123.4.1最小系统电路.......................................................................................................123.4.2测速电路...............................................................................................................123.4.3调速电路...............................................................................................................133.4.4显示电路...............................................................................................................143.4.5驱动电路...............................................................................................................14总结................................................................................................................................................15致谢................................................................................................................................................16附录1源程序：......................................................................................错误!未定义书签。附录2原理图：....................................................................................................................181摘要转速是直流电机运行中的一个重要物理量，如何准确、快速测量出电机转速，并且实现对电机的调速在实际工作中具有非常大的使用价值。直流电机具有非常好的调速性能，目前，在一些对调速性能要求比较严格的场合中，主要使用的还是直流调速系统。本文阐述了基于AT89S52单片机的直流电动机转速控制系统，硬件系统主要包括：A/D转换环节、控制驱动环节、测速环节、LCD显示环节及相关硬件电路；软件设计采用C语言编程。该系统采用PWM脉冲方式驱动电动机，通过调节电位器来调节PWM脉冲宽度，利用光电开关测量电动机的转速，并在液晶显示屏(LCD)上实时显示电机的转速值。从而，在电动机转速的可控范围内控制电动机转速。最后对整个设计过程中出现的问题进行了分析。关键词：直流调速；LCD显示；PWM控制；C程序21绪论1.1直流调速系统发展概况在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：直流调速系统和交流调速系统。交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较为困难。相比之下，直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统在一些对调速性能要求较高的系统中有很大的使用价值。直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。进入70年代以来，体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化，把电机控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器为核心的数字控制（简称微机数字控制）成为现代电气传动系统控制器的主要形式。PWM常取代数模转换器（DAC）用于功率输出控制，其中，直流电机的速度控制是最常见的应用。随着生产技术的发展，对直流电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求，这就要求大量使用直流调速系统。因此人们对直流调速系统的研究将会更深一步。31.2本课题研究目的及意义直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。随着单片机的发展，数字化直流PWM调速系统在工业上得到了广泛的应用，控制方法也日益成熟。它对单片机的要求是：具有足够快的速度；有PWM口，用于自动产生PWM波；有捕捉功能，用于测频；有A/D转换器、用来对电动机的输出转速、输出电压和电流的模拟量进行模/数转换；有各种同步串行接口、足够的内部ROM和RAM，以减小控制系统的无力尺寸；有看门狗、电源管理功能等。因此该实验中AT89S52单片机做为控制芯片。通过设计基于AT89S52单片机的直流PWM调速系统并调试得出结论，在掌握AT89S52的同时进一步加深对直流电动机调速方法的理解，对运动控制的相关知识进行巩固。1.3论文主要研究内容本课题的研究对象为直流电动机，对其转速进行控制。基本思想是利用AT89S52产生PWM脉冲，通过调整PWM的占空比，控制电机的电枢电压，进而控制转速。系统硬件设计为：以AT89S52为核心，由转速环、显示、按键控制、A/D转换等电路组成。具体内容如下：（1）介绍直流电动机工作原理及PWM调速方法。（2）完成以AT89S52为控制核心的直流电机数字控制系统硬件设计。（3）以该系统的特点为基础进行分析，使用PWM控制电机调速。（4）对该数字式直流电动机调速系统的性能做出总结。4crcnRUTCCC内2直流调速及PWM控制原理2.1直流电机调速原