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毕业设计（论文）开题报告课题名称基于单片机的直流电机控制系部电气与信息工程学院专业电子信息工程（汽车电子信息工程）班级T1123-15学号20110231522姓名汪云荣指导教师黄海波2015年3月26日一、课题研究的背景及来源直流电机是最常见的一种电机，它已经广泛应用于交通、机械、化工、航空等领域中。早期的直流电机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，阻碍了直流电机控制技术的发展和应用范围的推广。PWM控制技术是利用半导体器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，控制电压脉冲的周期和宽度以达到变压目的，或控制电压脉冲的周期和宽度以达到变压变频目的的一种控制技术。近年来，电气传动的PWM控制技术已成为电气传动自动控制技术的热点之一。随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，单片机成为了直流电机调速不可或缺的部分之一。单片机具有体积小、重量轻、功能强、抗干扰能力强、控制灵活、应用方便、价格低廉等特点，而被广泛应用于直流电机调速系统。在实际应用中，电机是把电能转化为机械能的主要设备，因此要求其具有较好的能量转换效率和能够根据生产工艺的要求调整转速。电机调速性能对提高产品质量，提高劳动生产率和节省电能有着决定性的影响。所以，电机调速一直是研究的热点。直流电机具有良好的启动性能和调速特性，虽然各种类型的电机层出不穷，然而在自动控制系统、电子仪器设备等方面，直流电机的应用还是占有突出地位。直流电机调速平滑，调速范围广，过载能力强，抗冲击负载能力强，可实现频繁的无极快速起动、制动、加/减速和正/反转。PWM直流电动机调压调速系统拥有需用的功率元件少、线路简单、控制方便、开关频率高、低速性能好、稳速精度高及调速范围宽、控制方式多样化、能与数字速度给定信号直接接口等优点，在工厂企业得到广泛的应用。本课题是以单片机为主要控制核心，针对直流电机的调速系统进行设计，通过本次毕业设计培养我们综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解；培养我们调查研究的习惯和工作能力。二、PWM调速的原理及应用脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现PWM控制变得十分容易。PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。三、国内外现状随着PWM技术的发展，我国直流电机调速也正向着脉宽调制方向发展。目前我国大部分数字化控制直流调速装置还是依靠进口。但由于进口设备价格昂贵，也给出了国产全数字控制直流调速装置的发展空间，所以国内许多大专院校、科研单位和厂家也都在开发全数字直流调速装置。四、本课题需要研究或解决的问题以及其结构和课题研究的目标1、本课题要研究或解决的问题1.1学习单片机、PWM测速以及直流电机的速度控制，熟练掌握直流电机系统的工作原理。1.2研究单片机控制的直流电机的工作原理，设计使用单片机实现直流电机的控制电路，并通过按键实现直流电机的运转（正转和反转）/停止，并能精确的控制电机的转速。1.3熟练掌握单片机的开发流程。2、本课题研究的内容和目标根据直流电机调速的控制要求确定整体的设计方案，完成单片机控制的PWM直流电机调速系统设计。该系统需能实现用软件产生PWM信号，并且通过单片机对信号传输达到对电机的启动和停止，加速和减速的控制。该系统主要由输入设备、单片机和电机驱动模块等部分组成。具体选择如下：输入设备：选用独立键盘，因为独立键盘结构比较简单，所以在这里选用独立键盘。单片机选择：本课题选用STC90C51作为芯片。因为STC90C51不仅兼容8051，而且还具有ISP编程和看门狗功能，而且价格便宜。电机驱动电路：采用H桥式驱动电路可以实现电机的正转、反转及制动功能。五、研究方案研究内容：基于单片机的直流电机控制系统的设计根据假定的条件和实际要求，确定主要的研究内容：硬件设计（控制模块和运行模块）、直流电机单元电路设计、程序设计，数字PID及其算法的改进。研究目标：通过自己的努力，能够采用基于STC90C51单片机控制直流电机的转速，提高自己的设计处理能力。研究方法：利用STC90C51单片机，通过PWM方式控制直流电机的启动、停止以及正转和反转。PWM控制技术以其控制简单、精确、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，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。六、毕业设计具体工作安排1、收集资料，并深入的学习单片机，掌握单片机的编程，掌握PWM调速的控制。2、查阅相关资料，构造具体的设计步骤，考虑设计过程中一些常见问题的解决方法。3、购买材料，着手制作直流电机控制的电路，并编写程序。4、调试程序，测试电路的功能是否达到预期要求，5、修改电路及程序不完善的地方，使其达到课题要求。6、整理设计过程，撰写论文。七、参考文献1.刘向宇主编.PIC单片机C语言程序设计实例精粹[M].北京：电子工业出版社，2010.22.李荣正主编.PIC单片机原理及应用(第4版)[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.113.孙立志主编.PWM与数字化电动机控制技术应用[M].北京：中国电力工业出版社，2008.14.赵建领主编.单片机开发与应用技术详解[M].北京：电子工业出版社，2009.15.马忠梅主编.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.9